]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
Skip the vm.pmap.kernel_maps sysctl by default.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
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 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/vm_dumpset.h>
147 #include <vm/uma.h>
148
149 #include <machine/machdep.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
154 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
155
156 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
159 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
160
161 #define NUL0E           L0_ENTRIES
162 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
163 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
182 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
183 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
184
185 static struct md_page *
186 pa_to_pvh(vm_paddr_t pa)
187 {
188         struct vm_phys_seg *seg;
189         int segind;
190
191         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
192                 seg = &vm_phys_segs[segind];
193                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
194                         return ((struct md_page *)seg->md_first +
195                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
196         }
197         panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
198 }
199
200 static struct md_page *
201 page_to_pvh(vm_page_t m)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204
205         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
206         return ((struct md_page *)seg->md_first +
207             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
208 }
209
210 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
211
212 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
213                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
214
215 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
216         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
217         struct rwlock *_new_lock;                       \
218                                                         \
219         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
220         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
221                 if (*_lockp != NULL)                    \
222                         rw_wunlock(*_lockp);            \
223                 *_lockp = _new_lock;                    \
224                 rw_wlock(*_lockp);                      \
225         }                                               \
226 } while (0)
227
228 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
229                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
230
231 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
232         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
233                                                         \
234         if (*_lockp != NULL) {                          \
235                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
236                 *_lockp = NULL;                         \
237         }                                               \
238 } while (0)
239
240 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
241                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
242
243 /*
244  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
245  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
246  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
247  *
248  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
249  * as a software managed bit.
250  */
251 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
252
253 struct pmap kernel_pmap_store;
254
255 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
256 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
257 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
258 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
259 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
260
261 /*
262  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
263  * Always map entire L2 block for simplicity.
264  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
265  */
266 static struct pmap_preinit_mapping {
267         vm_paddr_t      pa;
268         vm_offset_t     va;
269         vm_size_t       size;
270 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
271
272 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
273 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
274 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
275
276 /*
277  * Data for the pv entry allocation mechanism.
278  */
279 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
280 static struct mtx pv_chunks_mutex;
281 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
282 static struct md_page *pv_table;
283 static struct md_page pv_dummy;
284
285 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
286 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
287 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
288
289 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
290 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
291 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
292
293 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
294 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
295
296 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
297 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
298 static u_int physmap_idx;
299
300 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
301     "VM/pmap parameters");
302
303 /*
304  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
305  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
306  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
307  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
308  * ASIDs that are not currently active on a processor.
309  *
310  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
311  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
312  * below.
313  */
314 struct asid_set {
315         int asid_bits;
316         bitstr_t *asid_set;
317         int asid_set_size;
318         int asid_next;
319         int asid_epoch;
320         struct mtx asid_set_mutex;
321 };
322
323 static struct asid_set asids;
324 static struct asid_set vmids;
325
326 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
327     "ASID allocator");
328 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
329     "The number of bits in an ASID");
330 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
331     "The last allocated ASID plus one");
332 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
333     "The current epoch number");
334
335 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
336 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
337     "The number of bits in an VMID");
338 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
339     "The last allocated VMID plus one");
340 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
341     "The current epoch number");
342
343 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
344 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
345
346 /*
347  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
348  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
349  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
350  *
351  * An invalid ASID is represented by -1.
352  *
353  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
354  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
355  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
356  * allocated when the pmap is next activated.
357  */
358 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
359                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
360 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
361 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
362
363 static int superpages_enabled = 1;
364 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
365     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
366     "Are large page mappings enabled?");
367
368 /*
369  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
370  */
371 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
372 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
373
374 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
375 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
376 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
377 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
378 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
379 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
380                     vm_offset_t va);
381
382 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
383 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
384 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
385 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
386 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
387 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
388     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
389 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
390 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
391     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
392 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
393     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
394 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
395     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
396 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
397     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
398 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
399 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
400     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
401
402 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
403                 struct rwlock **lockp);
404
405 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
406     struct spglist *free);
407 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
408 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
409
410 /*
411  * These load the old table data and store the new value.
412  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
413  * the same time as the CPU.
414  */
415 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
416 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
417 #define pmap_load(table)                (*table)
418 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
419 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
420 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
421 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
422
423 /********************/
424 /* Inline functions */
425 /********************/
426
427 static __inline void
428 pagecopy(void *s, void *d)
429 {
430
431         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
432 }
433
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437
438         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
439 }
440
441 static __inline pd_entry_t *
442 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
443 {
444         pd_entry_t *l1;
445
446         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
447         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
448 }
449
450 static __inline pd_entry_t *
451 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
452 {
453         pd_entry_t *l0;
454
455         l0 = pmap_l0(pmap, va);
456         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
457                 return (NULL);
458
459         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
460 }
461
462 static __inline pd_entry_t *
463 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
464 {
465         pd_entry_t l1, *l2p;
466
467         l1 = pmap_load(l1p);
468
469         /*
470          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
471          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
472          */
473         KASSERT(va >= VM_MAX_USER_ADDRESS || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
474             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
475         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
476             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
477         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
478         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
479 }
480
481 static __inline pd_entry_t *
482 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
483 {
484         pd_entry_t *l1;
485
486         l1 = pmap_l1(pmap, va);
487         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
488                 return (NULL);
489
490         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
491 }
492
493 static __inline pt_entry_t *
494 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
495 {
496         pd_entry_t l2;
497         pt_entry_t *l3p;
498
499         l2 = pmap_load(l2p);
500
501         /*
502          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
503          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
504          */
505         KASSERT(va >= VM_MAX_USER_ADDRESS || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
506             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
507         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
508             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
509         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
510         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
511 }
512
513 /*
514  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
515  * The next level may or may not point to a valid page or block.
516  */
517 static __inline pd_entry_t *
518 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
519 {
520         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
521
522         l0 = pmap_l0(pmap, va);
523         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
524         if (desc != L0_TABLE) {
525                 *level = -1;
526                 return (NULL);
527         }
528
529         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
530         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
531         if (desc != L1_TABLE) {
532                 *level = 0;
533                 return (l0);
534         }
535
536         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
537         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
538         if (desc != L2_TABLE) {
539                 *level = 1;
540                 return (l1);
541         }
542
543         *level = 2;
544         return (l2);
545 }
546
547 /*
548  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
549  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
550  * the first invalid level.
551  */
552 static __inline pt_entry_t *
553 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
554 {
555         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
556         pt_entry_t *l3;
557
558         l1 = pmap_l1(pmap, va);
559         if (l1 == NULL) {
560                 *level = 0;
561                 return (NULL);
562         }
563         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
564         if (desc == L1_BLOCK) {
565                 *level = 1;
566                 return (l1);
567         }
568
569         if (desc != L1_TABLE) {
570                 *level = 1;
571                 return (NULL);
572         }
573
574         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
575         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
576         if (desc == L2_BLOCK) {
577                 *level = 2;
578                 return (l2);
579         }
580
581         if (desc != L2_TABLE) {
582                 *level = 2;
583                 return (NULL);
584         }
585
586         *level = 3;
587         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
588         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
589                 return (NULL);
590
591         return (l3);
592 }
593
594 bool
595 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
596 {
597
598         return (superpages_enabled != 0);
599 }
600
601 bool
602 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
603     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
604 {
605         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
606
607         if (pmap->pm_l0 == NULL)
608                 return (false);
609
610         l0p = pmap_l0(pmap, va);
611         *l0 = l0p;
612
613         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
614                 return (false);
615
616         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
617         *l1 = l1p;
618
619         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
620                 *l2 = NULL;
621                 *l3 = NULL;
622                 return (true);
623         }
624
625         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
626                 return (false);
627
628         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
629         *l2 = l2p;
630
631         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
632                 *l3 = NULL;
633                 return (true);
634         }
635
636         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
637                 return (false);
638
639         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
640
641         return (true);
642 }
643
644 static __inline int
645 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
646 {
647
648         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
649 }
650
651 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
652
653 static pt_entry_t
654 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
655 {
656         pt_entry_t val;
657
658         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
659                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
660                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
661                         val |= ATTR_S1_XN;
662                 return (val);
663         }
664
665         val = 0;
666
667         switch (memattr) {
668         case VM_MEMATTR_DEVICE:
669                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
670                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
671         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
672                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
673         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
674                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
675         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
676                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
677         default:
678                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
679         }
680 }
681
682 static pt_entry_t
683 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
684 {
685         pt_entry_t val;
686
687         val = 0;
688         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
689                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
690                         val |= ATTR_S1_XN;
691                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
692                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
693         } else {
694                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
695                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
696                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
697                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
698                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
699                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
700         }
701
702         return (val);
703 }
704
705 /*
706  * Checks if the PTE is dirty.
707  */
708 static inline int
709 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
710 {
711
712         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
713
714         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
715                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
716                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
717
718                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
719                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
720         }
721
722         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
723             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
724 }
725
726 static __inline void
727 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
728 {
729
730         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
731         pmap->pm_stats.resident_count += count;
732 }
733
734 static __inline void
735 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
736 {
737
738         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
739         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
740             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
741             pmap->pm_stats.resident_count, count));
742         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
743 }
744
745 static pt_entry_t *
746 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
747     u_int *l2_slot)
748 {
749         pt_entry_t *l2;
750         pd_entry_t *l1;
751
752         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
753         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
754
755         /* Check locore has used a table L1 map */
756         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
757            ("Invalid bootstrap L1 table"));
758         /* Find the address of the L2 table */
759         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
760         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
761
762         return (l2);
763 }
764
765 static vm_paddr_t
766 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
767 {
768         u_int l1_slot, l2_slot;
769         pt_entry_t *l2;
770
771         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
772
773         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
774 }
775
776 static vm_offset_t
777 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
778     vm_offset_t freemempos)
779 {
780         pt_entry_t *l2;
781         vm_offset_t va;
782         vm_paddr_t l2_pa, pa;
783         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
784         int i;
785
786         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
787         dmap_phys_max = 0;
788         dmap_max_addr = 0;
789         l2 = NULL;
790         prev_l1_slot = -1;
791
792 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
793         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
794
795         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
796                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
797                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
798
799                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
800                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
801                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
802                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
803                                 prev_l1_slot = l1_slot;
804                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
805                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
806                                     (vm_offset_t)l2);
807                                 freemempos += PAGE_SIZE;
808
809                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
810                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
811
812                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
813                         }
814                         KASSERT(l2 != NULL,
815                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
816                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
817                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
818                                 /*
819                                  * We are on a boundary, stop to
820                                  * create a level 1 block
821                                  */
822                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
823                                         break;
824
825                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
826                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
827                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
828                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
829                                     ATTR_S1_XN |
830                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
831                                     L2_BLOCK);
832                         }
833                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
834                             ("..."));
835                 }
836
837                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
838                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
839                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
840                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
841                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
842                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
843                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
844                 }
845
846                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
847                 if (pa < physmap[i + 1]) {
848                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
849                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
850                                 prev_l1_slot = l1_slot;
851                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
852                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
853                                     (vm_offset_t)l2);
854                                 freemempos += PAGE_SIZE;
855
856                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
857                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
858
859                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
860                         }
861                         KASSERT(l2 != NULL,
862                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
863                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
864                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
865                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
866                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
867                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
868                                     ATTR_S1_XN |
869                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
870                                     L2_BLOCK);
871                         }
872                 }
873
874                 if (pa > dmap_phys_max) {
875                         dmap_phys_max = pa;
876                         dmap_max_addr = va;
877                 }
878         }
879
880         cpu_tlb_flushID();
881
882         return (freemempos);
883 }
884
885 static vm_offset_t
886 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
887 {
888         vm_offset_t l2pt;
889         vm_paddr_t pa;
890         pd_entry_t *l1;
891         u_int l1_slot;
892
893         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
894
895         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
896         l1_slot = pmap_l1_index(va);
897         l2pt = l2_start;
898
899         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
900                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
901
902                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
903                 pmap_store(&l1[l1_slot],
904                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
905                 l2pt += PAGE_SIZE;
906         }
907
908         /* Clean the L2 page table */
909         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
910
911         return l2pt;
912 }
913
914 static vm_offset_t
915 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
916 {
917         vm_offset_t l3pt;
918         vm_paddr_t pa;
919         pd_entry_t *l2;
920         u_int l2_slot;
921
922         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
923
924         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
925         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
926         l2_slot = pmap_l2_index(va);
927         l3pt = l3_start;
928
929         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
930                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
931
932                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
933                 pmap_store(&l2[l2_slot],
934                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
935                 l3pt += PAGE_SIZE;
936         }
937
938         /* Clean the L2 page table */
939         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
940
941         return l3pt;
942 }
943
944 /*
945  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
946  */
947 void
948 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
949     vm_size_t kernlen)
950 {
951         vm_offset_t freemempos;
952         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
953         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
954         uint64_t kern_delta;
955         int i;
956
957         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
958         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
959             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
960
961         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
962
963         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
964         printf("%lx\n", l1pt);
965         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
966
967         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
968         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
969         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
970         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
971         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
972         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
973         kernel_pmap->pm_levels = 4;
974         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
975         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
976
977         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
978         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
979
980         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
981         physmap_idx /= 2;
982
983         /*
984          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
985          * but may contain empty ranges.
986          */
987         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
988                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
989                         continue;
990                 if (physmap[i] <= min_pa)
991                         min_pa = physmap[i];
992         }
993
994         freemempos = KERNBASE + kernlen;
995         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
996
997         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
998         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
999
1000         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1001
1002         /*
1003          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1004          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1005          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1006          */
1007         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
1008         /* And the l3 tables for the early devmap */
1009         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
1010             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
1011
1012         cpu_tlb_flushID();
1013
1014 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1015         (var) = freemempos;                                             \
1016         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
1017         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1018
1019         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1020         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1021         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1022
1023         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1024         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1025         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1026
1027         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1028         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
1029
1030         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1031         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1032         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1033         kernel_vm_end = virtual_avail;
1034
1035         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
1036
1037         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1038
1039         cpu_tlb_flushID();
1040 }
1041
1042 /*
1043  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1044  */
1045 void
1046 pmap_page_init(vm_page_t m)
1047 {
1048
1049         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1050         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1051 }
1052
1053 static void
1054 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1055 {
1056         int i;
1057
1058         set->asid_bits = bits;
1059
1060         /*
1061          * We may be too early in the overall initialization process to use
1062          * bit_alloc().
1063          */
1064         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1065         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1066             M_WAITOK | M_ZERO);
1067         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1068                 bit_set(set->asid_set, i);
1069         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1070         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1071 }
1072
1073 /*
1074  *      Initialize the pmap module.
1075  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1076  *      system needs to map virtual memory.
1077  */
1078 void
1079 pmap_init(void)
1080 {
1081         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1082         struct md_page *pvh;
1083         vm_size_t s;
1084         uint64_t mmfr1;
1085         int i, pv_npg, vmid_bits;
1086
1087         /*
1088          * Are large page mappings enabled?
1089          */
1090         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1091         if (superpages_enabled) {
1092                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1093                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1094                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1095                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1096                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1097                 pagesizes[2] = L1_SIZE;
1098         }
1099
1100         /*
1101          * Initialize the ASID allocator.
1102          */
1103         pmap_init_asids(&asids,
1104             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1105
1106         if (has_hyp()) {
1107                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1108                 vmid_bits = 8;
1109
1110                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1111                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1112                         vmid_bits = 16;
1113                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1114         }
1115
1116         /*
1117          * Initialize the pv chunk list mutex.
1118          */
1119         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1120
1121         /*
1122          * Initialize the pool of pv list locks.
1123          */
1124         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1125                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1126
1127         /*
1128          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1129          */
1130         pv_npg = 0;
1131         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1132                 seg = &vm_phys_segs[i];
1133                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1134                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1135         }
1136
1137         /*
1138          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1139          */
1140         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1141         s = round_page(s);
1142         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1143         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1144                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1145         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1146
1147         /*
1148          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1149          */
1150         for (i = 0, pvh = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1151                 seg = &vm_phys_segs[i];
1152                 seg->md_first = pvh;
1153                 pvh += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1154                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1155
1156                 /*
1157                  * If there is a following segment, and the final
1158                  * superpage of this segment and the initial superpage
1159                  * of the next segment are the same then adjust the
1160                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1161                  * that the pv_table entries will be shared.
1162                  */
1163                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1164                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1165                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1166                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1167                                 pvh--;
1168                         }
1169                 }
1170         }
1171
1172         vm_initialized = 1;
1173 }
1174
1175 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1176     "2MB page mapping counters");
1177
1178 static u_long pmap_l2_demotions;
1179 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1180     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1181
1182 static u_long pmap_l2_mappings;
1183 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1184     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1185
1186 static u_long pmap_l2_p_failures;
1187 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1188     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1189
1190 static u_long pmap_l2_promotions;
1191 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1192     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1193
1194 /*
1195  * Invalidate a single TLB entry.
1196  */
1197 static __inline void
1198 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1199 {
1200         uint64_t r;
1201
1202         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1203
1204         dsb(ishst);
1205         if (pmap == kernel_pmap) {
1206                 r = atop(va);
1207                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1208         } else {
1209                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1210                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1211         }
1212         dsb(ish);
1213         isb();
1214 }
1215
1216 static __inline void
1217 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1218 {
1219         uint64_t end, r, start;
1220
1221         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1222
1223         dsb(ishst);
1224         if (pmap == kernel_pmap) {
1225                 start = atop(sva);
1226                 end = atop(eva);
1227                 for (r = start; r < end; r++)
1228                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1229         } else {
1230                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1231                 start |= atop(sva);
1232                 end |= atop(eva);
1233                 for (r = start; r < end; r++)
1234                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1235         }
1236         dsb(ish);
1237         isb();
1238 }
1239
1240 static __inline void
1241 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1242 {
1243         uint64_t r;
1244
1245         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1246
1247         dsb(ishst);
1248         if (pmap == kernel_pmap) {
1249                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1250         } else {
1251                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1252                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1253         }
1254         dsb(ish);
1255         isb();
1256 }
1257
1258 /*
1259  *      Routine:        pmap_extract
1260  *      Function:
1261  *              Extract the physical page address associated
1262  *              with the given map/virtual_address pair.
1263  */
1264 vm_paddr_t
1265 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1266 {
1267         pt_entry_t *pte, tpte;
1268         vm_paddr_t pa;
1269         int lvl;
1270
1271         pa = 0;
1272         PMAP_LOCK(pmap);
1273         /*
1274          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1275          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1276          */
1277         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1278         if (pte != NULL) {
1279                 tpte = pmap_load(pte);
1280                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1281                 switch(lvl) {
1282                 case 1:
1283                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1284                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1285                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1286                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1287                         break;
1288                 case 2:
1289                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1290                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1291                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1292                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1293                         break;
1294                 case 3:
1295                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1296                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1297                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1298                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1299                         break;
1300                 }
1301         }
1302         PMAP_UNLOCK(pmap);
1303         return (pa);
1304 }
1305
1306 /*
1307  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1308  *      Function:
1309  *              Atomically extract and hold the physical page
1310  *              with the given pmap and virtual address pair
1311  *              if that mapping permits the given protection.
1312  */
1313 vm_page_t
1314 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1315 {
1316         pt_entry_t *pte, tpte;
1317         vm_offset_t off;
1318         vm_page_t m;
1319         int lvl;
1320         bool use;
1321
1322         m = NULL;
1323         PMAP_LOCK(pmap);
1324         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1325         if (pte != NULL) {
1326                 tpte = pmap_load(pte);
1327
1328                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1329                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1330                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1331                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1332                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1333                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1334                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1335
1336                 use = false;
1337                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1338                         use = true;
1339                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1340                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1341                         use = true;
1342                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1343                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1344                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1345                         use = true;
1346
1347                 if (use) {
1348                         switch (lvl) {
1349                         case 1:
1350                                 off = va & L1_OFFSET;
1351                                 break;
1352                         case 2:
1353                                 off = va & L2_OFFSET;
1354                                 break;
1355                         case 3:
1356                         default:
1357                                 off = 0;
1358                         }
1359                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1360                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1361                                 m = NULL;
1362                 }
1363         }
1364         PMAP_UNLOCK(pmap);
1365         return (m);
1366 }
1367
1368 vm_paddr_t
1369 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1370 {
1371         pt_entry_t *pte, tpte;
1372
1373         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1374                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1375         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1376         if (pte == NULL)
1377                 return (0);
1378
1379         /*
1380          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1381          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1382          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1383          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1384          */
1385         tpte = pmap_load(pte);
1386         if (tpte == 0)
1387                 return (0);
1388         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1389                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1390         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1391         tpte = pmap_load(pte);
1392         if (tpte == 0)
1393                 return (0);
1394         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1395                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1396         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1397         tpte = pmap_load(pte);
1398         if (tpte == 0)
1399                 return (0);
1400         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1401 }
1402
1403 /***************************************************
1404  * Low level mapping routines.....
1405  ***************************************************/
1406
1407 void
1408 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1409 {
1410         pd_entry_t *pde;
1411         pt_entry_t *pte, attr;
1412         vm_offset_t va;
1413         int lvl;
1414
1415         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1416            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1417         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1418            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1419         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1420             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1421
1422         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1423             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1424         va = sva;
1425         while (size != 0) {
1426                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1427                 KASSERT(pde != NULL,
1428                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1429                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1430
1431                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1432                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1433
1434                 va += PAGE_SIZE;
1435                 pa += PAGE_SIZE;
1436                 size -= PAGE_SIZE;
1437         }
1438         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1439 }
1440
1441 void
1442 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1443 {
1444
1445         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1446 }
1447
1448 /*
1449  * Remove a page from the kernel pagetables.
1450  */
1451 PMAP_INLINE void
1452 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1453 {
1454         pt_entry_t *pte;
1455         int lvl;
1456
1457         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1458         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1459         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1460
1461         pmap_clear(pte);
1462         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1463 }
1464
1465 void
1466 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1467 {
1468         pt_entry_t *pte;
1469         vm_offset_t va;
1470         int lvl;
1471
1472         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1473            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1474         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1475             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1476
1477         va = sva;
1478         while (size != 0) {
1479                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1480                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1481                 KASSERT(lvl == 3,
1482                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1483                 pmap_clear(pte);
1484
1485                 va += PAGE_SIZE;
1486                 size -= PAGE_SIZE;
1487         }
1488         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1489 }
1490
1491 /*
1492  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1493  *      virtual address space.
1494  *
1495  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1496  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1497  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1498  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1499  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1500  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1501  *      region.
1502  */
1503 vm_offset_t
1504 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1505 {
1506         return PHYS_TO_DMAP(start);
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Add a list of wired pages to the kva
1511  * this routine is only used for temporary
1512  * kernel mappings that do not need to have
1513  * page modification or references recorded.
1514  * Note that old mappings are simply written
1515  * over.  The page *must* be wired.
1516  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1517  */
1518 void
1519 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1520 {
1521         pd_entry_t *pde;
1522         pt_entry_t *pte, pa;
1523         vm_offset_t va;
1524         vm_page_t m;
1525         int i, lvl;
1526
1527         va = sva;
1528         for (i = 0; i < count; i++) {
1529                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1530                 KASSERT(pde != NULL,
1531                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1532                 KASSERT(lvl == 2,
1533                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1534
1535                 m = ma[i];
1536                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1537                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1538                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1539                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1540                 pmap_load_store(pte, pa);
1541
1542                 va += L3_SIZE;
1543         }
1544         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1545 }
1546
1547 /*
1548  * This routine tears out page mappings from the
1549  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1550  */
1551 void
1552 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1553 {
1554         pt_entry_t *pte;
1555         vm_offset_t va;
1556         int lvl;
1557
1558         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1559
1560         va = sva;
1561         while (count-- > 0) {
1562                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1563                 KASSERT(lvl == 3,
1564                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1565                 if (pte != NULL) {
1566                         pmap_clear(pte);
1567                 }
1568
1569                 va += PAGE_SIZE;
1570         }
1571         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1572 }
1573
1574 /***************************************************
1575  * Page table page management routines.....
1576  ***************************************************/
1577 /*
1578  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1579  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1580  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1581  */
1582 static __inline void
1583 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1584     boolean_t set_PG_ZERO)
1585 {
1586
1587         if (set_PG_ZERO)
1588                 m->flags |= PG_ZERO;
1589         else
1590                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1591         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1592 }
1593
1594 /*
1595  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1596  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1597  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1598  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1599  */
1600 static inline boolean_t
1601 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1602 {
1603
1604         --m->ref_count;
1605         if (m->ref_count == 0) {
1606                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1607                 return (TRUE);
1608         } else
1609                 return (FALSE);
1610 }
1611
1612 static void
1613 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1614 {
1615
1616         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1617         /*
1618          * unmap the page table page
1619          */
1620         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1621                 /* l1 page */
1622                 pd_entry_t *l0;
1623
1624                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1625                 pmap_clear(l0);
1626         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1627                 /* l2 page */
1628                 pd_entry_t *l1;
1629
1630                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1631                 pmap_clear(l1);
1632         } else {
1633                 /* l3 page */
1634                 pd_entry_t *l2;
1635
1636                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1637                 pmap_clear(l2);
1638         }
1639         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1640         if (m->pindex < NUL2E) {
1641                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1642                 pd_entry_t *l1, tl1;
1643                 vm_page_t l2pg;
1644
1645                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1646                 tl1 = pmap_load(l1);
1647                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1648                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1649         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1650                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1651                 pd_entry_t *l0, tl0;
1652                 vm_page_t l1pg;
1653
1654                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1655                 tl0 = pmap_load(l0);
1656                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1657                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1658         }
1659         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1660
1661         /*
1662          * Put page on a list so that it is released after
1663          * *ALL* TLB shootdown is done
1664          */
1665         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1666 }
1667
1668 /*
1669  * After removing a page table entry, this routine is used to
1670  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1671  */
1672 static int
1673 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1674     struct spglist *free)
1675 {
1676         vm_page_t mpte;
1677
1678         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1679                 return (0);
1680         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1681         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1682         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1683 }
1684
1685 /*
1686  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1687  * mapping.
1688  */
1689 static void
1690 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1691 {
1692         struct spglist free;
1693
1694         SLIST_INIT(&free);
1695         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1696                 /*
1697                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1698                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1699                  * table pages.  Invalidate those entries.
1700                  *
1701                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1702                  */
1703                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1704                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1705         }
1706 }
1707
1708 void
1709 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1710 {
1711
1712         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1713         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1714         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1715         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1716         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1717         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1718         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1719         pmap->pm_levels = 4;
1720         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
1721         pmap->pm_asid_set = &asids;
1722
1723         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1724 }
1725
1726 int
1727 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
1728 {
1729         vm_page_t m;
1730
1731         /*
1732          * allocate the l0 page
1733          */
1734         while ((m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1735             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1736                 vm_wait(NULL);
1737
1738         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1739         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1740
1741         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1742                 pagezero(pmap->pm_l0);
1743
1744         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1745         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1746         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1747
1748         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
1749         pmap->pm_levels = levels;
1750         pmap->pm_stage = stage;
1751         switch (stage) {
1752         case PM_STAGE1:
1753                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1754                 break;
1755         case PM_STAGE2:
1756                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1757                 break;
1758         default:
1759                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1760                 break;
1761         }
1762
1763         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1764         pmap_alloc_asid(pmap);
1765
1766         /*
1767          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
1768          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
1769          * pmap_release() is called.
1770          */
1771         if (pmap->pm_levels == 3) {
1772                 PMAP_LOCK(pmap);
1773                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
1774                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1775         }
1776         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1777
1778         return (1);
1779 }
1780
1781 int
1782 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1783 {
1784
1785         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
1786 }
1787
1788 /*
1789  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1790  *
1791  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1792  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1793  *
1794  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1795  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1796  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1797  * race conditions.
1798  */
1799 static vm_page_t
1800 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1801 {
1802         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1803
1804         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1805
1806         /*
1807          * Allocate a page table page.
1808          */
1809         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1810             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1811                 if (lockp != NULL) {
1812                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1813                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1814                         vm_wait(NULL);
1815                         PMAP_LOCK(pmap);
1816                 }
1817
1818                 /*
1819                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1820                  * page may have been allocated.
1821                  */
1822                 return (NULL);
1823         }
1824         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1825                 pmap_zero_page(m);
1826
1827         /*
1828          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1829          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1830          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1831          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1832          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1833          * PTE within "m".
1834          */
1835         dmb(ishst);
1836
1837         /*
1838          * Map the pagetable page into the process address space, if
1839          * it isn't already there.
1840          */
1841
1842         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1843                 pd_entry_t *l0;
1844                 vm_pindex_t l0index;
1845
1846                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1847                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1848                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1849         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1850                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1851                 pd_entry_t *l0, *l1;
1852                 pd_entry_t tl0;
1853
1854                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1855                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1856
1857                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1858                 tl0 = pmap_load(l0);
1859                 if (tl0 == 0) {
1860                         /* recurse for allocating page dir */
1861                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1862                             lockp) == NULL) {
1863                                 vm_page_unwire_noq(m);
1864                                 vm_page_free_zero(m);
1865                                 return (NULL);
1866                         }
1867                 } else {
1868                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1869                         l1pg->ref_count++;
1870                 }
1871
1872                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1873                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1874                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1875         } else {
1876                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1877                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1878                 pd_entry_t tl0, tl1;
1879
1880                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1881                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1882
1883                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1884                 tl0 = pmap_load(l0);
1885                 if (tl0 == 0) {
1886                         /* recurse for allocating page dir */
1887                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1888                             lockp) == NULL) {
1889                                 vm_page_unwire_noq(m);
1890                                 vm_page_free_zero(m);
1891                                 return (NULL);
1892                         }
1893                         tl0 = pmap_load(l0);
1894                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1895                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1896                 } else {
1897                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1898                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1899                         tl1 = pmap_load(l1);
1900                         if (tl1 == 0) {
1901                                 /* recurse for allocating page dir */
1902                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1903                                     lockp) == NULL) {
1904                                         vm_page_unwire_noq(m);
1905                                         vm_page_free_zero(m);
1906                                         return (NULL);
1907                                 }
1908                         } else {
1909                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1910                                 l2pg->ref_count++;
1911                         }
1912                 }
1913
1914                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1915                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1916                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1917         }
1918
1919         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1920
1921         return (m);
1922 }
1923
1924 static pd_entry_t *
1925 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1926     struct rwlock **lockp)
1927 {
1928         pd_entry_t *l1, *l2;
1929         vm_page_t l2pg;
1930         vm_pindex_t l2pindex;
1931
1932 retry:
1933         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1934         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1935                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1936                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1937                         /* Add a reference to the L2 page. */
1938                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1939                         l2pg->ref_count++;
1940                 } else
1941                         l2pg = NULL;
1942         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1943                 /* Allocate a L2 page. */
1944                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1945                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1946                 if (l2pg == NULL) {
1947                         if (lockp != NULL)
1948                                 goto retry;
1949                         else
1950                                 return (NULL);
1951                 }
1952                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1953                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1954         } else
1955                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1956                     va);
1957         *l2pgp = l2pg;
1958         return (l2);
1959 }
1960
1961 static vm_page_t
1962 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1963 {
1964         vm_pindex_t ptepindex;
1965         pd_entry_t *pde, tpde;
1966 #ifdef INVARIANTS
1967         pt_entry_t *pte;
1968 #endif
1969         vm_page_t m;
1970         int lvl;
1971
1972         /*
1973          * Calculate pagetable page index
1974          */
1975         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1976 retry:
1977         /*
1978          * Get the page directory entry
1979          */
1980         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1981
1982         /*
1983          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1984          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1985          * table.
1986          */
1987         switch (lvl) {
1988         case -1:
1989                 break;
1990         case 0:
1991 #ifdef INVARIANTS
1992                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1993                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1994                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1995 #endif
1996                 break;
1997         case 1:
1998 #ifdef INVARIANTS
1999                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2000                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2001                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2002 #endif
2003                 break;
2004         case 2:
2005                 tpde = pmap_load(pde);
2006                 if (tpde != 0) {
2007                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2008                         m->ref_count++;
2009                         return (m);
2010                 }
2011                 break;
2012         default:
2013                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2014         }
2015
2016         /*
2017          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2018          */
2019         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2020         if (m == NULL && lockp != NULL)
2021                 goto retry;
2022
2023         return (m);
2024 }
2025
2026 /***************************************************
2027  * Pmap allocation/deallocation routines.
2028  ***************************************************/
2029
2030 /*
2031  * Release any resources held by the given physical map.
2032  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2033  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2034  */
2035 void
2036 pmap_release(pmap_t pmap)
2037 {
2038         boolean_t rv;
2039         struct spglist free;
2040         struct asid_set *set;
2041         vm_page_t m;
2042         int asid;
2043
2044         if (pmap->pm_levels != 4) {
2045                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2046                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2047                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2048                     pmap->pm_stats.resident_count));
2049                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2050                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2051
2052                 SLIST_INIT(&free);
2053                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2054                 PMAP_LOCK(pmap);
2055                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2056                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2057                 MPASS(rv == TRUE);
2058                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2059         }
2060
2061         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2062             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2063             pmap->pm_stats.resident_count));
2064         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2065             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2066
2067         set = pmap->pm_asid_set;
2068         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2069
2070         /*
2071          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2072          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2073          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2074          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2075          */
2076         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2077                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2078                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2079                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2080                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2081                             asid < set->asid_set_size,
2082                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2083                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2084                 }
2085                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2086         }
2087
2088         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2089         vm_page_unwire_noq(m);
2090         vm_page_free_zero(m);
2091 }
2092
2093 static int
2094 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2095 {
2096         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2097
2098         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2099 }
2100 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2101     0, 0, kvm_size, "LU",
2102     "Size of KVM");
2103
2104 static int
2105 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2106 {
2107         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2108
2109         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2110 }
2111 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2112     0, 0, kvm_free, "LU",
2113     "Amount of KVM free");
2114
2115 /*
2116  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2117  */
2118 void
2119 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2120 {
2121         vm_paddr_t paddr;
2122         vm_page_t nkpg;
2123         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2124
2125         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2126
2127         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2128         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2129                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2130         while (kernel_vm_end < addr) {
2131                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2132                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2133                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2134
2135                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2136                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2137                         /* We need a new PDP entry */
2138                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2139                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2140                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2141                         if (nkpg == NULL)
2142                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2143                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2144                                 pmap_zero_page(nkpg);
2145                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2146                         dmb(ishst);
2147                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2148                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2149                         continue; /* try again */
2150                 }
2151                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2152                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2153                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2154                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2155                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2156                                 break;
2157                         }
2158                         continue;
2159                 }
2160
2161                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2162                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2163                     VM_ALLOC_ZERO);
2164                 if (nkpg == NULL)
2165                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2166                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2167                         pmap_zero_page(nkpg);
2168                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2169                 dmb(ishst);
2170                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2171                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2172
2173                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2174                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2175                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2176                         break;
2177                 }
2178         }
2179 }
2180
2181 /***************************************************
2182  * page management routines.
2183  ***************************************************/
2184
2185 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2186 CTASSERT(_NPCM == 3);
2187 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2188
2189 static __inline struct pv_chunk *
2190 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2191 {
2192
2193         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2194 }
2195
2196 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2197
2198 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2199 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2200 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2201
2202 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2203
2204 #if 0
2205 #ifdef PV_STATS
2206 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2207
2208 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2209         "Current number of pv entry chunks");
2210 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2211         "Current number of pv entry chunks allocated");
2212 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2213         "Current number of pv entry chunks frees");
2214 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2215         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2216
2217 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2218 static int pv_entry_spare;
2219
2220 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2221         "Current number of pv entry frees");
2222 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2223         "Current number of pv entry allocs");
2224 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2225         "Current number of pv entries");
2226 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2227         "Current number of spare pv entries");
2228 #endif
2229 #endif /* 0 */
2230
2231 /*
2232  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2233  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2234  * another pv entry chunk.
2235  *
2236  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2237  *
2238  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2239  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2240  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2241  */
2242 static vm_page_t
2243 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2244 {
2245         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2246         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2247         struct md_page *pvh;
2248         pd_entry_t *pde;
2249         pmap_t next_pmap, pmap;
2250         pt_entry_t *pte, tpte;
2251         pv_entry_t pv;
2252         vm_offset_t va;
2253         vm_page_t m, m_pc;
2254         struct spglist free;
2255         uint64_t inuse;
2256         int bit, field, freed, lvl;
2257         static int active_reclaims = 0;
2258
2259         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2260         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2261
2262         pmap = NULL;
2263         m_pc = NULL;
2264         SLIST_INIT(&free);
2265         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2266         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2267         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2268         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2269
2270         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2271         active_reclaims++;
2272         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2273         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2274         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2275             SLIST_EMPTY(&free)) {
2276                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2277                 if (next_pmap == NULL) {
2278                         /*
2279                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2280                          * not our marker, so active_reclaims must be
2281                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2282                          * will not rotate the pv_chunks list.
2283                          */
2284                         goto next_chunk;
2285                 }
2286                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2287
2288                 /*
2289                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2290                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2291                  * corresponding pmap is locked.
2292                  */
2293                 if (pmap != next_pmap) {
2294                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2295                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2296                         pmap = next_pmap;
2297                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2298                         if (pmap > locked_pmap) {
2299                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2300                                 PMAP_LOCK(pmap);
2301                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2302                                 continue;
2303                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2304                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2305                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2306                                         continue;
2307                                 } else {
2308                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2309                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2310                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2311                                         if (pc == NULL ||
2312                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2313                                                 continue;
2314                                         goto next_chunk;
2315                                 }
2316                         }
2317                 }
2318
2319                 /*
2320                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2321                  */
2322                 freed = 0;
2323                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2324                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2325                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2326                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2327                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2328                                 va = pv->pv_va;
2329                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2330                                 if (lvl != 2)
2331                                         continue;
2332                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2333                                 tpte = pmap_load(pte);
2334                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2335                                         continue;
2336                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2337                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2338                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2339                                         vm_page_dirty(m);
2340                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2341                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2342                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2343                                 }
2344                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2345                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2346                                 m->md.pv_gen++;
2347                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2348                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2349                                         pvh = page_to_pvh(m);
2350                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2351                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2352                                                     PGA_WRITEABLE);
2353                                         }
2354                                 }
2355                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2356                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2357                                 freed++;
2358                         }
2359                 }
2360                 if (freed == 0) {
2361                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2362                         goto next_chunk;
2363                 }
2364                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2365                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2366                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2367                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2368                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2369                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2370                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2371                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2372                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2373                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2374                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2375                         /* Entire chunk is free; return it. */
2376                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2377                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2378                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2379                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2380                         break;
2381                 }
2382                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2383                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2384                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2385                 if (pmap == locked_pmap)
2386                         break;
2387
2388 next_chunk:
2389                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2390                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2391                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2392                         /*
2393                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2394                          * scan the same pv chunks that could not be
2395                          * freed (because they contained a wired
2396                          * and/or superpage mapping) on every
2397                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2398                          */
2399                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2400                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2401                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2402                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2403                         }
2404                 }
2405         }
2406         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2407         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2408         active_reclaims--;
2409         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2410         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2411                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2412         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2413                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2414                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2415                 /* Recycle a freed page table page. */
2416                 m_pc->ref_count = 1;
2417         }
2418         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2419         return (m_pc);
2420 }
2421
2422 /*
2423  * free the pv_entry back to the free list
2424  */
2425 static void
2426 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2427 {
2428         struct pv_chunk *pc;
2429         int idx, field, bit;
2430
2431         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2432         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2433         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2434         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2435         pc = pv_to_chunk(pv);
2436         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2437         field = idx / 64;
2438         bit = idx % 64;
2439         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2440         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2441             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2442                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2443                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2444                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2445                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2446                 }
2447                 return;
2448         }
2449         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2450         free_pv_chunk(pc);
2451 }
2452
2453 static void
2454 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2455 {
2456         vm_page_t m;
2457
2458         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2459         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2460         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2461         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2462         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2463         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2464         /* entire chunk is free, return it */
2465         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2466         dump_drop_page(m->phys_addr);
2467         vm_page_unwire_noq(m);
2468         vm_page_free(m);
2469 }
2470
2471 /*
2472  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2473  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2474  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2475  * returned.
2476  *
2477  * The given PV list lock may be released.
2478  */
2479 static pv_entry_t
2480 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2481 {
2482         int bit, field;
2483         pv_entry_t pv;
2484         struct pv_chunk *pc;
2485         vm_page_t m;
2486
2487         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2488         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2489 retry:
2490         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2491         if (pc != NULL) {
2492                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2493                         if (pc->pc_map[field]) {
2494                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2495                                 break;
2496                         }
2497                 }
2498                 if (field < _NPCM) {
2499                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2500                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2501                         /* If this was the last item, move it to tail */
2502                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2503                             pc->pc_map[2] == 0) {
2504                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2505                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2506                                     pc_list);
2507                         }
2508                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2509                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2510                         return (pv);
2511                 }
2512         }
2513         /* No free items, allocate another chunk */
2514         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2515             VM_ALLOC_WIRED);
2516         if (m == NULL) {
2517                 if (lockp == NULL) {
2518                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2519                         return (NULL);
2520                 }
2521                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2522                 if (m == NULL)
2523                         goto retry;
2524         }
2525         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2526         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2527         dump_add_page(m->phys_addr);
2528         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2529         pc->pc_pmap = pmap;
2530         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2531         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2532         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2533         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2534         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2535         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2536         pv = &pc->pc_pventry[0];
2537         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2538         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2539         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2540         return (pv);
2541 }
2542
2543 /*
2544  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2545  * exceeds the given count, "needed".
2546  *
2547  * The given PV list lock may be released.
2548  */
2549 static void
2550 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2551 {
2552         struct pch new_tail;
2553         struct pv_chunk *pc;
2554         vm_page_t m;
2555         int avail, free;
2556         bool reclaimed;
2557
2558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2559         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2560
2561         /*
2562          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2563          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2564          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2565          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2566          */
2567         TAILQ_INIT(&new_tail);
2568 retry:
2569         avail = 0;
2570         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2571                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2572                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2573                 if (free == 0)
2574                         break;
2575                 avail += free;
2576                 if (avail >= needed)
2577                         break;
2578         }
2579         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2580                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2581                     VM_ALLOC_WIRED);
2582                 if (m == NULL) {
2583                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2584                         if (m == NULL)
2585                                 goto retry;
2586                         reclaimed = true;
2587                 }
2588                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2589                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2590                 dump_add_page(m->phys_addr);
2591                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2592                 pc->pc_pmap = pmap;
2593                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2594                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2595                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2596                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2597                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2598                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2599
2600                 /*
2601                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2602                  * If that chunk contained available entries, we need to
2603                  * re-count the number of available entries.
2604                  */
2605                 if (reclaimed)
2606                         goto retry;
2607         }
2608         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2609                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2610                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2611                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2612         }
2613 }
2614
2615 /*
2616  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2617  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2618  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2619  * 2MB page mappings.
2620  */
2621 static __inline pv_entry_t
2622 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2623 {
2624         pv_entry_t pv;
2625
2626         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2627                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2628                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2629                         pvh->pv_gen++;
2630                         break;
2631                 }
2632         }
2633         return (pv);
2634 }
2635
2636 /*
2637  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2638  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2639  * entries for each of the 4KB page mappings.
2640  */
2641 static void
2642 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2643     struct rwlock **lockp)
2644 {
2645         struct md_page *pvh;
2646         struct pv_chunk *pc;
2647         pv_entry_t pv;
2648         vm_offset_t va_last;
2649         vm_page_t m;
2650         int bit, field;
2651
2652         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2653         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2654             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2655         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2656             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2657         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2658
2659         /*
2660          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2661          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2662          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2663          */
2664         pvh = pa_to_pvh(pa);
2665         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2666         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2667         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2668         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2669         m->md.pv_gen++;
2670         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2671         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2672         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2673         for (;;) {
2674                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2675                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2676                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2677                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2678                         while (pc->pc_map[field]) {
2679                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2680                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2681                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2682                                 va += PAGE_SIZE;
2683                                 pv->pv_va = va;
2684                                 m++;
2685                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2686                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2687                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2688                                 m->md.pv_gen++;
2689                                 if (va == va_last)
2690                                         goto out;
2691                         }
2692                 }
2693                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2694                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2695         }
2696 out:
2697         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2698                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2699                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2700         }
2701         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2702         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2703 }
2704
2705 /*
2706  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2707  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2708  * page mappings.
2709  */
2710 static void
2711 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2712 {
2713         pv_entry_t pv;
2714
2715         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2716         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2717         free_pv_entry(pmap, pv);
2718 }
2719
2720 /*
2721  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2722  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2723  */
2724 static boolean_t
2725 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2726     struct rwlock **lockp)
2727 {
2728         pv_entry_t pv;
2729
2730         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2731         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2732         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2733                 pv->pv_va = va;
2734                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2735                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2736                 m->md.pv_gen++;
2737                 return (TRUE);
2738         } else
2739                 return (FALSE);
2740 }
2741
2742 /*
2743  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2744  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2745  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2746  */
2747 static bool
2748 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2749     struct rwlock **lockp)
2750 {
2751         struct md_page *pvh;
2752         pv_entry_t pv;
2753         vm_paddr_t pa;
2754
2755         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2756         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2757         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2758             NULL : lockp)) == NULL)
2759                 return (false);
2760         pv->pv_va = va;
2761         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2762         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2763         pvh = pa_to_pvh(pa);
2764         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2765         pvh->pv_gen++;
2766         return (true);
2767 }
2768
2769 static void
2770 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2771 {
2772         pt_entry_t newl2, oldl2;
2773         vm_page_t ml3;
2774         vm_paddr_t ml3pa;
2775
2776         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2777         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2778         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2779
2780         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2781         if (ml3 == NULL)
2782                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2783
2784         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2785         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2786
2787         /*
2788          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2789          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2790          */
2791         if (ml3->valid != 0)
2792                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2793
2794         /*
2795          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2796          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2797          */
2798         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2799         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2800             __func__, l2, oldl2));
2801 }
2802
2803 /*
2804  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2805  */
2806 static int
2807 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2808     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2809 {
2810         struct md_page *pvh;
2811         pt_entry_t old_l2;
2812         vm_offset_t eva, va;
2813         vm_page_t m, ml3;
2814
2815         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2816         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2817         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2818         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2819             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2820
2821         /*
2822          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2823          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2824          */
2825         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2826
2827         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2828                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2829         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2830         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2831                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2832                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2833                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2834                 eva = sva + L2_SIZE;
2835                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2836                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2837                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2838                                 vm_page_dirty(m);
2839                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2840                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2841                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2842                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2843                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2844                 }
2845         }
2846         if (pmap == kernel_pmap) {
2847                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2848         } else {
2849                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2850                 if (ml3 != NULL) {
2851                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2852                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2853                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2854                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2855                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2856                         ml3->ref_count = 0;
2857                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2858                 }
2859         }
2860         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2861 }
2862
2863 /*
2864  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2865  */
2866 static int
2867 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2868     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2869 {
2870         struct md_page *pvh;
2871         pt_entry_t old_l3;
2872         vm_page_t m;
2873
2874         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2875         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2876         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2877         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2878                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2879         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2880         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2881                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2882                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2883                         vm_page_dirty(m);
2884                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2885                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2886                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2887                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2888                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2889                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2890                         pvh = page_to_pvh(m);
2891                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2892                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2893                 }
2894         }
2895         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2896 }
2897
2898 /*
2899  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2900  * identified by the given L2 entry.
2901  */
2902 static void
2903 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2904     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2905 {
2906         struct md_page *pvh;
2907         struct rwlock *new_lock;
2908         pt_entry_t *l3, old_l3;
2909         vm_offset_t va;
2910         vm_page_t l3pg, m;
2911
2912         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2913         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2914             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2915         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2916             NULL;
2917         va = eva;
2918         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2919                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2920                         if (va != eva) {
2921                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2922                                 va = eva;
2923                         }
2924                         continue;
2925                 }
2926                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2927                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2928                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2929                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2930                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2931                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2932                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2933                                 vm_page_dirty(m);
2934                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2935                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2936                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2937                         if (new_lock != *lockp) {
2938                                 if (*lockp != NULL) {
2939                                         /*
2940                                          * Pending TLB invalidations must be
2941                                          * performed before the PV list lock is
2942                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2943                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2944                                          * could return while a stale TLB entry
2945                                          * still provides access to that page. 
2946                                          */
2947                                         if (va != eva) {
2948                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2949                                                     sva);
2950                                                 va = eva;
2951                                         }
2952                                         rw_wunlock(*lockp);
2953                                 }
2954                                 *lockp = new_lock;
2955                                 rw_wlock(*lockp);
2956                         }
2957                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2958                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2959                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2960                                 pvh = page_to_pvh(m);
2961                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2962                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2963                         }
2964                 }
2965                 if (va == eva)
2966                         va = sva;
2967                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2968                         sva += L3_SIZE;
2969                         break;
2970                 }
2971         }
2972         if (va != eva)
2973                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2974 }
2975
2976 /*
2977  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2978  *
2979  *      It is assumed that the start and end are properly
2980  *      rounded to the page size.
2981  */
2982 void
2983 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2984 {
2985         struct rwlock *lock;
2986         vm_offset_t va_next;
2987         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2988         pt_entry_t l3_paddr;
2989         struct spglist free;
2990
2991         /*
2992          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2993          */
2994         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2995                 return;
2996
2997         SLIST_INIT(&free);
2998
2999         PMAP_LOCK(pmap);
3000
3001         lock = NULL;
3002         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3003                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3004                         break;
3005
3006                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3007                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3008                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3009                         if (va_next < sva)
3010                                 va_next = eva;
3011                         continue;
3012                 }
3013
3014                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3015                 if (va_next < sva)
3016                         va_next = eva;
3017                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3018                 if (pmap_load(l1) == 0)
3019                         continue;
3020                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3021                         KASSERT(va_next <= eva,
3022                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3023                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3024                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3025                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3026                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3027                         pmap_clear(l1);
3028                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3029                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3030                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3031                         continue;
3032                 }
3033
3034                 /*
3035                  * Calculate index for next page table.
3036                  */
3037                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3038                 if (va_next < sva)
3039                         va_next = eva;
3040
3041                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3042                 if (l2 == NULL)
3043                         continue;
3044
3045                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3046
3047                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3048                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3049                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3050                                     &free, &lock);
3051                                 continue;
3052                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3053                             &lock) == NULL)
3054                                 continue;
3055                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3056                 }
3057
3058                 /*
3059                  * Weed out invalid mappings.
3060                  */
3061                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3062                         continue;
3063
3064                 /*
3065                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3066                  * by the current page table page, or to the end of the
3067                  * range being removed.
3068                  */
3069                 if (va_next > eva)
3070                         va_next = eva;
3071
3072                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3073                     &lock);
3074         }
3075         if (lock != NULL)
3076                 rw_wunlock(lock);
3077         PMAP_UNLOCK(pmap);
3078         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3079 }
3080
3081 /*
3082  *      Routine:        pmap_remove_all
3083  *      Function:
3084  *              Removes this physical page from
3085  *              all physical maps in which it resides.
3086  *              Reflects back modify bits to the pager.
3087  *
3088  *      Notes:
3089  *              Original versions of this routine were very
3090  *              inefficient because they iteratively called
3091  *              pmap_remove (slow...)
3092  */
3093
3094 void
3095 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3096 {
3097         struct md_page *pvh;
3098         pv_entry_t pv;
3099         pmap_t pmap;
3100         struct rwlock *lock;
3101         pd_entry_t *pde, tpde;
3102         pt_entry_t *pte, tpte;
3103         vm_offset_t va;
3104         struct spglist free;
3105         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3106
3107         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3108             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3109         SLIST_INIT(&free);
3110         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3111         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3112 retry:
3113         rw_wlock(lock);
3114         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3115                 pmap = PV_PMAP(pv);
3116                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3117                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3118                         rw_wunlock(lock);
3119                         PMAP_LOCK(pmap);
3120                         rw_wlock(lock);
3121                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3122                                 rw_wunlock(lock);
3123                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3124                                 goto retry;
3125                         }
3126                 }
3127                 va = pv->pv_va;
3128                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3129                 KASSERT(pte != NULL,
3130                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3131                 KASSERT(lvl == 2,
3132                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3133
3134                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3135                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3136         }
3137         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3138                 pmap = PV_PMAP(pv);
3139                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3140                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3141                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3142                         md_gen = m->md.pv_gen;
3143                         rw_wunlock(lock);
3144                         PMAP_LOCK(pmap);
3145                         rw_wlock(lock);
3146                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3147                                 rw_wunlock(lock);
3148                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3149                                 goto retry;
3150                         }
3151                 }
3152                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3153
3154                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3155                 KASSERT(pde != NULL,
3156                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3157                 KASSERT(lvl == 2,
3158                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3159                 tpde = pmap_load(pde);
3160
3161                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3162                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3163                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3164                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3165                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3166                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3167                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3168                 }
3169
3170                 /*
3171                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3172                  */
3173                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3174                         vm_page_dirty(m);
3175                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3176                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3177                 m->md.pv_gen++;
3178                 free_pv_entry(pmap, pv);
3179                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3180         }
3181         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3182         rw_wunlock(lock);
3183         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3184 }
3185
3186 /*
3187  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3188  */
3189 static void
3190 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3191     pt_entry_t nbits)
3192 {
3193         pd_entry_t old_l2;
3194         vm_page_t m, mt;
3195
3196         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3197         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3198         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3199             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3200         old_l2 = pmap_load(l2);
3201         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3202             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3203
3204         /*
3205          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3206          * in place.
3207          */
3208 retry:
3209         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3210                 return;
3211
3212         /*
3213          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3214          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3215          * pages.
3216          */
3217         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3218             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3219             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3220                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3221                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3222                         vm_page_dirty(mt);
3223         }
3224
3225         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3226                 goto retry;
3227
3228         /*
3229          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3230          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3231          */
3232         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3233 }
3234
3235 /*
3236  *      Set the physical protection on the
3237  *      specified range of this map as requested.
3238  */
3239 void
3240 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3241 {
3242         vm_offset_t va, va_next;
3243         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3244         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3245
3246         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3247         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3248         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3249                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3250                 return;
3251         }
3252
3253         mask = nbits = 0;
3254         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3255                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3256                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3257         }
3258         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3259                 mask |= ATTR_S1_XN;
3260                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3261         }
3262         if (mask == 0)
3263                 return;
3264
3265         PMAP_LOCK(pmap);
3266         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3267                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3268                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3269                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3270                         if (va_next < sva)
3271                                 va_next = eva;
3272                         continue;
3273                 }
3274
3275                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3276                 if (va_next < sva)
3277                         va_next = eva;
3278                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3279                 if (pmap_load(l1) == 0)
3280                         continue;
3281                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3282                         KASSERT(va_next <= eva,
3283                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3284                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3285                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3286                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3287                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3288                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3289                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3290                         }
3291                         continue;
3292                 }
3293
3294                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3295                 if (va_next < sva)
3296                         va_next = eva;
3297
3298                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3299                 if (pmap_load(l2) == 0)
3300                         continue;
3301
3302                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3303                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3304                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3305                                 continue;
3306                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3307                                 continue;
3308                 }
3309                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3310                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3311
3312                 if (va_next > eva)
3313                         va_next = eva;
3314
3315                 va = va_next;
3316                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3317                     sva += L3_SIZE) {
3318                         l3 = pmap_load(l3p);
3319 retry:
3320                         /*
3321                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3322                          * invalid or already has the desired access
3323                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3324                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3325                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3326                          * have the desired restrictions.)
3327                          */
3328                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3329                                 if (va != va_next) {
3330                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3331                                         va = va_next;
3332                                 }
3333                                 continue;
3334                         }
3335
3336                         /*
3337                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3338                          * update the page's dirty field.
3339                          */
3340                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3341                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3342                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3343                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3344
3345                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3346                                 goto retry;
3347                         if (va == va_next)
3348                                 va = sva;
3349                 }
3350                 if (va != va_next)
3351                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3352         }
3353         PMAP_UNLOCK(pmap);
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3358  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3359  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3360  * ordered by this virtual address range.
3361  *
3362  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3363  */
3364 static __inline int
3365 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3366 {
3367
3368         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3369         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3370         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3371 }
3372
3373 /*
3374  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3375  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3376  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3377  * specified virtual address.
3378  */
3379 static __inline vm_page_t
3380 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3381 {
3382
3383         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3384         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3385 }
3386
3387 /*
3388  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3389  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3390  * inconsistent state.
3391  */
3392 static void
3393 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3394     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3395 {
3396         register_t intr;
3397
3398         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3399
3400         /*
3401          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3402          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3403          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3404          */
3405         intr = intr_disable();
3406
3407         /*
3408          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3409          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3410          * lookup the physical address.
3411          */
3412         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3413         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3414
3415         /* Create the new mapping */
3416         pmap_store(pte, newpte);
3417         dsb(ishst);
3418
3419         intr_restore(intr);
3420 }
3421
3422 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3423 /*
3424  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3425  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3426  * for the 2MB page mapping.
3427  */
3428 static void
3429 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3430     struct rwlock **lockp)
3431 {
3432         struct md_page *pvh;
3433         pv_entry_t pv;
3434         vm_offset_t va_last;
3435         vm_page_t m;
3436
3437         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3438             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3439         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3440
3441         /*
3442          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3443          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3444          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3445          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3446          * mappings that is being promoted.
3447          */
3448         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3449         va = va & ~L2_OFFSET;
3450         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3451         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3452         pvh = pa_to_pvh(pa);
3453         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3454         pvh->pv_gen++;
3455         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3456         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3457         do {
3458                 m++;
3459                 va += PAGE_SIZE;
3460                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3461         } while (va < va_last);
3462 }
3463
3464 /*
3465  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3466  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3467  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3468  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3469  * identical characteristics.
3470  */
3471 static void
3472 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3473     struct rwlock **lockp)
3474 {
3475         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3476         vm_page_t mpte;
3477         vm_offset_t sva;
3478
3479         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3480         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3481
3482         sva = va & ~L2_OFFSET;
3483         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3484         newl2 = pmap_load(firstl3);
3485
3486 setl2:
3487         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3488                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3489                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3490                     " in pmap %p", va, pmap);
3491                 return;
3492         }
3493
3494         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3495             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3496                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3497                         goto setl2;
3498                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3499         }
3500
3501         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3502         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3503                 oldl3 = pmap_load(l3);
3504 setl3:
3505                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3506                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3507                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3508                             ~ATTR_SW_DBM))
3509                                 goto setl3;
3510                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3511                 }
3512                 if (oldl3 != pa) {
3513                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3514                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3515                             " in pmap %p", va, pmap);
3516                         return;
3517                 }
3518                 pa -= PAGE_SIZE;
3519         }
3520
3521         /*
3522          * Save the page table page in its current state until the L2
3523          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3524          * destroyed by pmap_remove_l3().
3525          */
3526         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3527         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3528             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3529             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3530         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3531             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3532         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3533                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3534                 CTR2(KTR_PMAP,
3535                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3536                     pmap);
3537                 return;
3538         }
3539
3540         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3541                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3542
3543         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3544         newl2 |= L2_BLOCK;
3545
3546         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3547
3548         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3549         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3550                     pmap);
3551 }
3552 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3553
3554 static int
3555 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
3556     int psind)
3557 {
3558         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
3559         vm_page_t mp;
3560
3561         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3562         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
3563             ("psind %d unexpected", psind));
3564         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
3565             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
3566             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
3567
3568 restart:
3569         if (psind == 2) {
3570                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
3571                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3572                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
3573                         if (mp == NULL) {
3574                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3575                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3576                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3577                                 vm_wait(NULL);
3578                                 PMAP_LOCK(pmap);
3579                                 goto restart;
3580                         }
3581                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3582                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3583                         origpte = pmap_load(l1p);
3584                 } else {
3585                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3586                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3587                         origpte = pmap_load(l1p);
3588                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3589                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
3590                                     ~ATTR_MASK);
3591                                 mp->ref_count++;
3592                         }
3593                 }
3594                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3595                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK &&
3596                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3597                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
3598                     va, origpte, newpte));
3599                 pmap_store(l1p, newpte);
3600         } else /* (psind == 1) */ {
3601                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
3602                 if (l2p == NULL) {
3603                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
3604                         if (mp == NULL) {
3605                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3606                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3607                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3608                                 vm_wait(NULL);
3609                                 PMAP_LOCK(pmap);
3610                                 goto restart;
3611                         }
3612                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
3613                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
3614                         origpte = pmap_load(l2p);
3615                 } else {
3616                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
3617                         origpte = pmap_load(l2p);
3618                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3619                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
3620                                     ~ATTR_MASK);
3621                                 mp->ref_count++;
3622                         }
3623                 }
3624                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3625                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3626                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3627                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
3628                     va, origpte, newpte));
3629                 pmap_store(l2p, newpte);
3630         }
3631         dsb(ishst);
3632
3633         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3634                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
3635         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3636                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3637         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
3638             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3639                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3640
3641         return (KERN_SUCCESS);
3642 }
3643
3644 /*
3645  * Add a single SMMU entry. This function does not sleep.
3646  */
3647 int
3648 pmap_senter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3649     vm_prot_t prot, u_int flags)
3650 {
3651         pd_entry_t *pde;
3652         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3653         pt_entry_t *l3;
3654         vm_page_t mpte;
3655         int lvl;
3656         int rv;
3657
3658         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3659         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS, ("wrong address space"));
3660
3661         va = trunc_page(va);
3662         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT |
3663             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE) | L3_PAGE);
3664         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3665                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3666         new_l3 |= ATTR_S1_XN; /* Execute never. */
3667         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER);
3668         new_l3 |= ATTR_S1_nG; /* Non global. */
3669
3670         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_senter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3671
3672         PMAP_LOCK(pmap);
3673
3674         /*
3675          * In the case that a page table page is not
3676          * resident, we are creating it here.
3677          */
3678 retry:
3679         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3680         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3681                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3682         } else {
3683                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va), NULL);
3684                 if (mpte == NULL) {
3685                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3686                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3687                         goto out;
3688                 }
3689                 goto retry;
3690         }
3691
3692         orig_l3 = pmap_load(l3);
3693         KASSERT(!pmap_l3_valid(orig_l3), ("l3 is valid"));
3694
3695         /* New mapping */
3696         pmap_store(l3, new_l3);
3697         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3698         dsb(ishst);
3699
3700         rv = KERN_SUCCESS;
3701 out:
3702         PMAP_UNLOCK(pmap);
3703
3704         return (rv);
3705 }
3706
3707 /*
3708  * Remove a single SMMU entry.
3709  */
3710 int
3711 pmap_sremove(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3712 {
3713         pt_entry_t *pte;
3714         int lvl;
3715         int rc;
3716
3717         PMAP_LOCK(pmap);
3718
3719         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3720         KASSERT(lvl == 3,
3721             ("Invalid SMMU pagetable level: %d != 3", lvl));
3722
3723         if (pte != NULL) {
3724                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3725                 pmap_clear(pte);
3726                 rc = KERN_SUCCESS;
3727         } else
3728                 rc = KERN_FAILURE;
3729
3730         PMAP_UNLOCK(pmap);
3731
3732         return (rc);
3733 }
3734
3735 /*
3736  * Remove all the allocated L1, L2 pages from SMMU pmap.
3737  * All the L3 entires must be cleared in advance, otherwise
3738  * this function panics.
3739  */
3740 void
3741 pmap_sremove_pages(pmap_t pmap)
3742 {
3743         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
3744         pt_entry_t *l3, l3e;
3745         vm_page_t m, m0, m1;
3746         vm_offset_t sva;
3747         vm_paddr_t pa;
3748         vm_paddr_t pa0;
3749         vm_paddr_t pa1;
3750         int i, j, k, l;
3751
3752         PMAP_LOCK(pmap);
3753
3754         for (sva = VM_MINUSER_ADDRESS, i = pmap_l0_index(sva);
3755             (i < Ln_ENTRIES && sva < VM_MAXUSER_ADDRESS); i++) {
3756                 l0e = pmap->pm_l0[i];
3757                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3758                         sva += L0_SIZE;
3759                         continue;
3760                 }
3761                 pa0 = l0e & ~ATTR_MASK;
3762                 m0 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa0);
3763                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa0);
3764
3765                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
3766                         l1e = l1[j];
3767                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3768                                 sva += L1_SIZE;
3769                                 continue;
3770                         }
3771                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3772                                 sva += L1_SIZE;
3773                                 continue;
3774                         }
3775                         pa1 = l1e & ~ATTR_MASK;
3776                         m1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa1);
3777                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa1);
3778
3779                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
3780                                 l2e = l2[k];
3781                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3782                                         sva += L2_SIZE;
3783                                         continue;
3784                                 }
3785                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3786                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3787                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3788
3789                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
3790                                     l++, sva += L3_SIZE) {
3791                                         l3e = l3[l];
3792                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3793                                                 continue;
3794                                         panic("%s: l3e found for va %jx\n",
3795                                             __func__, sva);
3796                                 }
3797
3798                                 vm_page_unwire_noq(m1);
3799                                 vm_page_unwire_noq(m);
3800                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3801                                 vm_page_free(m);
3802                                 pmap_clear(&l2[k]);
3803                         }
3804
3805                         vm_page_unwire_noq(m0);
3806                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3807                         vm_page_free(m1);
3808                         pmap_clear(&l1[j]);
3809                 }
3810
3811                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3812                 vm_page_free(m0);
3813                 pmap_clear(&pmap->pm_l0[i]);
3814         }
3815
3816         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3817             ("Invalid resident count %jd", pmap->pm_stats.resident_count));
3818
3819         PMAP_UNLOCK(pmap);
3820 }
3821
3822 /*
3823  *      Insert the given physical page (p) at
3824  *      the specified virtual address (v) in the
3825  *      target physical map with the protection requested.
3826  *
3827  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3828  *      that the related pte can not be reclaimed.
3829  *
3830  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3831  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3832  *      insert this page into the given map NOW.
3833  */
3834 int
3835 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3836     u_int flags, int8_t psind)
3837 {
3838         struct rwlock *lock;
3839         pd_entry_t *pde;
3840         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3841         pt_entry_t *l2, *l3;
3842         pv_entry_t pv;
3843         vm_paddr_t opa, pa;
3844         vm_page_t mpte, om;
3845         boolean_t nosleep;
3846         int lvl, rv;
3847
3848         va = trunc_page(va);
3849         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3850                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3851         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3852         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3853         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3854         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3855
3856         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3857                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3858         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3859                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3860                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3861                 else
3862                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3863                 if (pmap != kernel_pmap)
3864                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3865         } else {
3866                 /*
3867                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3868                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3869                  * required to invalidate the I-cache.
3870                  *
3871                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3872                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3873                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3874                  * correctly if it is clear.
3875                  */
3876                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3877                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3878         }
3879         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3880                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3881                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3882                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3883                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3884                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3885                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3886                                 else
3887                                         new_l3 &=
3888                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3889                         }
3890                 }
3891         }
3892
3893         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3894
3895         lock = NULL;
3896         PMAP_LOCK(pmap);
3897         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
3898                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3899                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
3900                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
3901                 if (psind == 2)
3902                         new_l3 |= L1_BLOCK;
3903                 else /* (psind == 1) */
3904                         new_l3 |= L2_BLOCK;
3905                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
3906                 goto out;
3907         }
3908         if (psind == 1) {
3909                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3910                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3911                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3912                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3913                     flags, m, &lock);
3914                 goto out;
3915         }
3916         mpte = NULL;
3917
3918         /*
3919          * In the case that a page table page is not
3920          * resident, we are creating it here.
3921          */
3922 retry:
3923         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3924         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3925                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3926                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3927                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3928                         mpte->ref_count++;
3929                 }
3930                 goto havel3;
3931         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3932                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3933                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3934                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3935                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3936                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3937                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3938                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3939                                 mpte->ref_count++;
3940                         }
3941                         goto havel3;
3942                 }
3943                 /* We need to allocate an L3 table. */
3944         }
3945         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3946                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3947
3948                 /*
3949                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3950                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3951                  * was created while we slept.
3952                  */
3953                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3954                     nosleep ? NULL : &lock);
3955                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3956                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3957                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3958                         goto out;
3959                 }
3960                 goto retry;
3961         } else
3962                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3963
3964 havel3:
3965         orig_l3 = pmap_load(l3);
3966         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3967         pv = NULL;
3968
3969         /*
3970          * Is the specified virtual address already mapped?
3971          */
3972         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3973                 /*
3974                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
3975                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
3976                  * into EL2 to perform such actions.
3977                  */
3978                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3979                 /*
3980                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3981                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3982                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3983                  * the PT page will be also.
3984                  */
3985                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3986                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3987                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3988                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3989                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3990                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3991
3992                 /*
3993                  * Remove the extra PT page reference.
3994                  */
3995                 if (mpte != NULL) {
3996                         mpte->ref_count--;
3997                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3998                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3999                              " va: 0x%lx", va));
4000                 }
4001
4002                 /*
4003                  * Has the physical page changed?
4004                  */
4005                 if (opa == pa) {
4006                         /*
4007                          * No, might be a protection or wiring change.
4008                          */
4009                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4010                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4011                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4012                         goto validate;
4013                 }
4014
4015                 /*
4016                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4017                  * the mapping.
4018                  */
4019                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4020                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4021                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4022                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4023                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4024
4025                         /*
4026                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4027                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4028                          * pmap_ts_referenced().
4029                          */
4030                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4031                                 vm_page_dirty(om);
4032                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4033                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4034                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4035                         }
4036                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4037                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4038                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4039                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4040                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4041                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4042                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4043                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4044                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4045                 } else {
4046                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4047                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4048                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4049                 }
4050                 orig_l3 = 0;
4051         } else {
4052                 /*
4053                  * Increment the counters.
4054                  */
4055                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4056                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4057                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4058         }
4059         /*
4060          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4061          */
4062         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4063                 if (pv == NULL) {
4064                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4065                         pv->pv_va = va;
4066                 }
4067                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4068                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4069                 m->md.pv_gen++;
4070                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4071                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4072         }
4073
4074 validate:
4075         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4076                 /*
4077                  * Sync icache if exec permission and attribute
4078                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4079                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4080                  * later, then other can access this page before caches are
4081                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4082                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4083                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4084                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4085                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4086                 */
4087                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4088                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4089                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4090                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4091                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4092                 }
4093         } else {
4094                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4095         }
4096
4097         /*
4098          * Update the L3 entry
4099          */
4100         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4101                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4102                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4103                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4104                         /* same PA, different attributes */
4105                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4106                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4107                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4108                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4109                                 vm_page_dirty(m);
4110                 } else {
4111                         /*
4112                          * orig_l3 == new_l3
4113                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4114                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4115                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4116                          * cycle.
4117                          * Another possible reasons are:
4118                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4119                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4120                          *   actual mapping.
4121                          */
4122                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4123                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4124                             __func__, pmap, va, new_l3);
4125                 }
4126         } else {
4127                 /* New mapping */
4128                 pmap_store(l3, new_l3);
4129                 dsb(ishst);
4130         }
4131
4132 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4133         /*
4134          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4135          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4136          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4137          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4138          */
4139         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4140             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4141             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4142             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4143                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
4144         }
4145 #endif
4146
4147         rv = KERN_SUCCESS;
4148 out:
4149         if (lock != NULL)
4150                 rw_wunlock(lock);
4151         PMAP_UNLOCK(pmap);
4152         return (rv);
4153 }
4154
4155 /*
4156  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4157  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4158  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4159  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4160  * PV entry.
4161  */
4162 static bool
4163 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4164     struct rwlock **lockp)
4165 {
4166         pd_entry_t new_l2;
4167
4168         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4169         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4170
4171         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4172             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4173             L2_BLOCK);
4174         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4175                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4176                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4177         }
4178         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4179             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4180                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4181         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4182                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4183         else
4184                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4185         if (pmap != kernel_pmap)
4186                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4187         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4188             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4189             KERN_SUCCESS);
4190 }
4191
4192 /*
4193  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4194  * zero.
4195  */
4196 static bool
4197 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4198 {
4199         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4200
4201         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4202         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4203         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4204                 if (*pte != 0)
4205                         return (false);
4206         }
4207         return (true);
4208 }
4209
4210 /*
4211  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4212  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4213  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4214  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4215  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4216  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4217  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4218  *
4219  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4220  */
4221 static int
4222 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4223     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4224 {
4225         struct spglist free;
4226         pd_entry_t *l2, old_l2;
4227         vm_page_t l2pg, mt;
4228
4229         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4230
4231         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4232             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4233                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4234                     va, pmap);
4235                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4236         }
4237
4238         /*
4239          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4240          */
4241         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4242                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4243                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4244                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
4245                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
4246                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
4247                         if (l2pg != NULL)
4248                                 l2pg->ref_count--;
4249                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4250                             " in pmap %p", va, pmap);
4251                         return (KERN_FAILURE);
4252                 }
4253                 SLIST_INIT(&free);
4254                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4255                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4256                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4257                 else
4258                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4259                             &free, lockp);
4260                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4261                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4262                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4263                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4264                 } else {
4265                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4266                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4267
4268                         /*
4269                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4270                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4271                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4272                          * entry for the kernel page table page.
4273                          */
4274                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4275                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4276                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4277                         pmap_clear(l2);
4278                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4279                 }
4280         }
4281
4282         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4283                 /*
4284                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4285                  */
4286                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4287                         if (l2pg != NULL)
4288                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4289                         CTR2(KTR_PMAP,
4290                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4291                             va, pmap);
4292                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4293                 }
4294                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4295                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4296                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4297         }
4298
4299         /*
4300          * Increment counters.
4301          */
4302         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4303                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4304         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4305
4306         /*
4307          * Map the superpage.
4308          */
4309         pmap_store(l2, new_l2);
4310         dsb(ishst);
4311
4312         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4313         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4314             va, pmap);
4315
4316         return (KERN_SUCCESS);
4317 }
4318
4319 /*
4320  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4321  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4322  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4323  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4324  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4325  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4326  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4327  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4328  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4329  * corresponding offset from m_start are mapped.
4330  */
4331 void
4332 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4333     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4334 {
4335         struct rwlock *lock;
4336         vm_offset_t va;
4337         vm_page_t m, mpte;
4338         vm_pindex_t diff, psize;
4339
4340         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4341
4342         psize = atop(end - start);
4343         mpte = NULL;
4344         m = m_start;
4345         lock = NULL;
4346         PMAP_LOCK(pmap);
4347         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4348                 va = start + ptoa(diff);
4349                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4350                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4351                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4352                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4353                 else
4354                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4355                             &lock);
4356                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4357         }
4358         if (lock != NULL)
4359                 rw_wunlock(lock);
4360         PMAP_UNLOCK(pmap);
4361 }
4362
4363 /*
4364  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4365  * 1. Current pmap & pmap exists.
4366  * 2. Not wired.
4367  * 3. Read access.
4368  * 4. No page table pages.
4369  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4370  */
4371
4372 void
4373 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4374 {
4375         struct rwlock *lock;
4376
4377         lock = NULL;
4378         PMAP_LOCK(pmap);
4379         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4380         if (lock != NULL)
4381                 rw_wunlock(lock);
4382         PMAP_UNLOCK(pmap);
4383 }
4384
4385 static vm_page_t
4386 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4387     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4388 {
4389         pd_entry_t *pde;
4390         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
4391         vm_paddr_t pa;
4392         int lvl;
4393
4394         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4395             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4396             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4397         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4398         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4399
4400         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4401         /*
4402          * In the case that a page table page is not
4403          * resident, we are creating it here.
4404          */
4405         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4406                 vm_pindex_t l2pindex;
4407
4408                 /*
4409                  * Calculate pagetable page index
4410                  */
4411                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4412                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4413                         mpte->ref_count++;
4414                 } else {
4415                         /*
4416                          * Get the l2 entry
4417                          */
4418                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4419
4420                         /*
4421                          * If the page table page is mapped, we just increment
4422                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4423                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4424                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4425                          */
4426                         if (lvl == 1) {
4427                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4428                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4429                                     L2_BLOCK)
4430                                         return (NULL);
4431                         }
4432                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4433                                 mpte =
4434                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4435                                 mpte->ref_count++;
4436                         } else {
4437                                 /*
4438                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4439                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4440                                  */
4441                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4442                                 if (mpte == NULL)
4443                                         return (mpte);
4444                         }
4445                 }
4446                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4447                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4448         } else {
4449                 mpte = NULL;
4450                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4451                 KASSERT(pde != NULL,
4452                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4453                      va));
4454                 KASSERT(lvl == 2,
4455                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4456                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4457         }
4458
4459         /*
4460          * Abort if a mapping already exists.
4461          */
4462         if (pmap_load(l3) != 0) {
4463                 if (mpte != NULL)
4464                         mpte->ref_count--;
4465                 return (NULL);
4466         }
4467
4468         /*
4469          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4470          */
4471         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4472             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4473                 if (mpte != NULL)
4474                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4475                 return (NULL);
4476         }
4477
4478         /*
4479          * Increment counters
4480          */
4481         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4482
4483         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4484         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4485             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4486         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4487             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4488                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4489         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4490                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4491         else
4492                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4493         if (pmap != kernel_pmap)
4494                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4495
4496         /*
4497          * Now validate mapping with RO protection
4498          */
4499         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4500                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4501                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4502         }
4503
4504         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4505         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4506             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4507                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4508
4509         pmap_store(l3, l3_val);
4510         dsb(ishst);
4511
4512         return (mpte);
4513 }
4514
4515 /*
4516  * This code maps large physical mmap regions into the
4517  * processor address space.  Note that some shortcuts
4518  * are taken, but the code works.
4519  */
4520 void
4521 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4522     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4523 {
4524
4525         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4526         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4527             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4528 }
4529
4530 /*
4531  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4532  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4533  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4534  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4535  *
4536  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4537  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4538  */
4539 void
4540 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4541 {
4542         vm_offset_t va_next;
4543         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4544         pt_entry_t *l3;
4545
4546         PMAP_LOCK(pmap);
4547         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4548                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4549                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4550                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4551                         if (va_next < sva)
4552                                 va_next = eva;
4553                         continue;
4554                 }
4555
4556                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4557                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4558                 if (va_next < sva)
4559                         va_next = eva;
4560                 if (pmap_load(l1) == 0)
4561                         continue;
4562
4563                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4564                         KASSERT(va_next <= eva,
4565                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4566                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4567                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4568                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4569                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4570                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4571                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4572                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4573                         continue;
4574                 }
4575
4576                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4577                 if (va_next < sva)
4578                         va_next = eva;
4579
4580                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4581                 if (pmap_load(l2) == 0)
4582                         continue;
4583
4584                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4585                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4586                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4587                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4588
4589                         /*
4590                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4591                          * demote the mapping and fall through.
4592                          */
4593                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4594                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4595                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4596                                     PAGE_SIZE;
4597                                 continue;
4598                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4599                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4600                 }
4601                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4602                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4603
4604                 if (va_next > eva)
4605                         va_next = eva;
4606                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4607                     sva += L3_SIZE) {
4608                         if (pmap_load(l3) == 0)
4609                                 continue;
4610                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4611                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4612                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4613
4614                         /*
4615                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4616                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4617                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4618                          */
4619                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4620                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4621                 }
4622         }
4623         PMAP_UNLOCK(pmap);
4624 }
4625
4626 /*
4627  *      Copy the range specified by src_addr/len
4628  *      from the source map to the range dst_addr/len
4629  *      in the destination map.
4630  *
4631  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4632  *
4633  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4634  *      it should not have to flush the instruction cache.
4635  */
4636 void
4637 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4638     vm_offset_t src_addr)
4639 {
4640         struct rwlock *lock;
4641         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4642         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4643         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4644         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
4645
4646         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4647         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4648
4649         if (dst_addr != src_addr)
4650                 return;
4651         end_addr = src_addr + len;
4652         lock = NULL;
4653         if (dst_pmap < src_pmap) {
4654                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4655                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4656         } else {
4657                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4658                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4659         }
4660         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4661                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4662                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4663                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4664                         if (va_next < addr)
4665                                 va_next = end_addr;
4666                         continue;
4667                 }
4668
4669                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4670                 if (va_next < addr)
4671                         va_next = end_addr;
4672                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4673                 if (pmap_load(l1) == 0)
4674                         continue;
4675                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4676                         KASSERT(va_next <= end_addr,
4677                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4678                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4679                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4680                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
4681                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4682                         if (l1 == NULL) {
4683                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
4684                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
4685                                         break;
4686                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4687                         } else {
4688                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
4689                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
4690                                     ~ATTR_MASK);
4691                                 dst_m->ref_count++;
4692                         }
4693                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
4694                             ("1G mapping present in dst pmap "
4695                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4696                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4697                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
4698                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
4699                         continue;
4700                 }
4701
4702                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4703                 if (va_next < addr)
4704                         va_next = end_addr;
4705                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4706                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4707                 if (srcptepaddr == 0)
4708                         continue;
4709                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4710                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4711                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4712                                 continue;
4713                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
4714                         if (l2 == NULL)
4715                                 break;
4716                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4717                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4718                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4719                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4720                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4721                                 nbits = 0;
4722                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4723                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4724                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4725                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4726                                     PAGE_SIZE);
4727                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4728                         } else
4729                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
4730                         continue;
4731                 }
4732                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4733                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4734                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4735                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4736                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4737                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4738                 if (va_next > end_addr)
4739                         va_next = end_addr;
4740                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4741                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4742                 dstmpte = NULL;
4743                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4744                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4745
4746                         /*
4747                          * We only virtual copy managed pages.
4748                          */
4749                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4750                                 continue;
4751
4752                         if (dstmpte != NULL) {
4753                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4754                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4755                                 dstmpte->ref_count++;
4756                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4757                             NULL)) == NULL)
4758                                 goto out;
4759                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4760                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4761                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4762                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4763                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4764                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4765                                 /*
4766                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4767                                  * (referenced) bits during the copy.
4768                                  */
4769                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4770                                 nbits = 0;
4771                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4772                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4773                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4774                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4775                         } else {
4776                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4777                                 goto out;
4778                         }
4779                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4780                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4781                                 break;
4782                 }
4783         }
4784 out:
4785         /*
4786          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4787          * not active.
4788          */
4789         dsb(ishst);
4790
4791         if (lock != NULL)
4792                 rw_wunlock(lock);
4793         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4794         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4795 }
4796
4797 /*
4798  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4799  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4800  */
4801 void
4802 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4803 {
4804         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4805
4806         pagezero((void *)va);
4807 }
4808
4809 /*
4810  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4811  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4812  *
4813  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4814  */
4815 void
4816 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4817 {
4818         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4819
4820         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4821                 pagezero((void *)va);
4822         else
4823                 bzero((char *)va + off, size);
4824 }
4825
4826 /*
4827  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4828  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4829  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4830  *      time.
4831  */
4832 void
4833 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4834 {
4835         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4836         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4837
4838         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4839 }
4840
4841 int unmapped_buf_allowed = 1;
4842
4843 void
4844 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4845     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4846 {
4847         void *a_cp, *b_cp;
4848         vm_page_t m_a, m_b;
4849         vm_paddr_t p_a, p_b;
4850         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4851         int cnt;
4852
4853         while (xfersize > 0) {
4854                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4855                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4856                 p_a = m_a->phys_addr;
4857                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4858                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4859                 p_b = m_b->phys_addr;
4860                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4861                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4862                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4863                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4864                 } else {
4865                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4866                 }
4867                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4868                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4869                 } else {
4870                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4871                 }
4872                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4873                 a_offset += cnt;
4874                 b_offset += cnt;
4875                 xfersize -= cnt;
4876         }
4877 }
4878
4879 vm_offset_t
4880 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4881 {
4882
4883         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4884 }
4885
4886 void
4887 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4888 {
4889 }
4890
4891 /*
4892  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4893  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4894  * be changed upwards or downwards in the future; it
4895  * is only necessary that true be returned for a small
4896  * subset of pmaps for proper page aging.
4897  */
4898 boolean_t
4899 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4900 {
4901         struct md_page *pvh;
4902         struct rwlock *lock;
4903         pv_entry_t pv;
4904         int loops = 0;
4905         boolean_t rv;
4906
4907         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4908             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4909         rv = FALSE;
4910         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4911         rw_rlock(lock);
4912         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4913                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4914                         rv = TRUE;
4915                         break;
4916                 }
4917                 loops++;
4918                 if (loops >= 16)
4919                         break;
4920         }
4921         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4922                 pvh = page_to_pvh(m);
4923                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4924                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4925                                 rv = TRUE;
4926                                 break;
4927                         }
4928                         loops++;
4929                         if (loops >= 16)
4930                                 break;
4931                 }
4932         }
4933         rw_runlock(lock);
4934         return (rv);
4935 }
4936
4937 /*
4938  *      pmap_page_wired_mappings:
4939  *
4940  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4941  *      that are wired.
4942  */
4943 int
4944 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4945 {
4946         struct rwlock *lock;
4947         struct md_page *pvh;
4948         pmap_t pmap;
4949         pt_entry_t *pte;
4950         pv_entry_t pv;
4951         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4952
4953         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4954                 return (0);
4955         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4956         rw_rlock(lock);
4957 restart:
4958         count = 0;
4959         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4960                 pmap = PV_PMAP(pv);
4961                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4962                         md_gen = m->md.pv_gen;
4963                         rw_runlock(lock);
4964                         PMAP_LOCK(pmap);
4965                         rw_rlock(lock);
4966                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4967                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4968                                 goto restart;
4969                         }
4970                 }
4971                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4972                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4973                         count++;
4974                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4975         }
4976         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4977                 pvh = page_to_pvh(m);
4978                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4979                         pmap = PV_PMAP(pv);
4980                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4981                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4982                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4983                                 rw_runlock(lock);
4984                                 PMAP_LOCK(pmap);
4985                                 rw_rlock(lock);
4986                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4987                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4988                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4989                                         goto restart;
4990                                 }
4991                         }
4992                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4993                         if (pte != NULL &&
4994                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4995                                 count++;
4996                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4997                 }
4998         }
4999         rw_runlock(lock);
5000         return (count);
5001 }
5002
5003 /*
5004  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5005  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5006  */
5007 bool
5008 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5009 {
5010         struct rwlock *lock;
5011         bool rv;
5012
5013         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5014                 return (false);
5015         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5016         rw_rlock(lock);
5017         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5018             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5019             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5020         rw_runlock(lock);
5021         return (rv);
5022 }
5023
5024 /*
5025  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5026  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5027  * caller.
5028  *
5029  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5030  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5031  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5032  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5033  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5034  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5035  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5036  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5037  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5038  * this function starts.
5039  */
5040 void
5041 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5042 {
5043         pd_entry_t *pde;
5044         pt_entry_t *pte, tpte;
5045         struct spglist free;
5046         vm_page_t m, ml3, mt;
5047         pv_entry_t pv;
5048         struct md_page *pvh;
5049         struct pv_chunk *pc, *npc;
5050         struct rwlock *lock;
5051         int64_t bit;
5052         uint64_t inuse, bitmask;
5053         int allfree, field, freed, idx, lvl;
5054         vm_paddr_t pa;
5055
5056         lock = NULL;
5057
5058         SLIST_INIT(&free);
5059         PMAP_LOCK(pmap);
5060         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5061                 allfree = 1;
5062                 freed = 0;
5063                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5064                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5065                         while (inuse != 0) {
5066                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5067                                 bitmask = 1UL << bit;
5068                                 idx = field * 64 + bit;
5069                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5070                                 inuse &= ~bitmask;
5071
5072                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5073                                 KASSERT(pde != NULL,
5074                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5075
5076                                 switch(lvl) {
5077                                 case 1:
5078                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5079                                         tpte = pmap_load(pte); 
5080                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5081                                             L2_BLOCK,
5082                                             ("Attempting to remove an invalid "
5083                                             "block: %lx", tpte));
5084                                         break;
5085                                 case 2:
5086                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5087                                         tpte = pmap_load(pte);
5088                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5089                                             L3_PAGE,
5090                                             ("Attempting to remove an invalid "
5091                                              "page: %lx", tpte));
5092                                         break;
5093                                 default:
5094                                         panic(
5095                                             "Invalid page directory level: %d",
5096                                             lvl);
5097                                 }
5098
5099 /*
5100  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5101  */
5102                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5103                                         allfree = 0;
5104                                         continue;
5105                                 }
5106
5107                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5108
5109                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5110                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5111                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5112                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5113                                     (uintmax_t)tpte));
5114
5115                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5116                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5117                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5118                                     (uintmax_t)tpte));
5119
5120                                 /*
5121                                  * Because this pmap is not active on other
5122                                  * processors, the dirty bit cannot have
5123                                  * changed state since we last loaded pte.
5124                                  */
5125                                 pmap_clear(pte);
5126
5127                                 /*
5128                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5129                                  */
5130                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5131                                         switch (lvl) {
5132                                         case 1:
5133                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5134                                                         vm_page_dirty(mt);
5135                                                 break;
5136                                         case 2:
5137                                                 vm_page_dirty(m);
5138                                                 break;
5139                                         }
5140                                 }
5141
5142                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5143
5144                                 /* Mark free */
5145                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5146                                 switch (lvl) {
5147                                 case 1:
5148                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5149                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5150                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
5151                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5152                                         pvh->pv_gen++;
5153                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5154                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5155                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5156                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5157                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5158                                         }
5159                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5160                                             pv->pv_va);
5161                                         if (ml3 != NULL) {
5162                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5163                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5164                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5165                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5166                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5167                                                 ml3->ref_count = 0;
5168                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5169                                                     &free, FALSE);
5170                                         }
5171                                         break;
5172                                 case 2:
5173                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5174                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5175                                             pv_next);
5176                                         m->md.pv_gen++;
5177                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5178                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5179                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5180                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5181                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5182                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5183                                                             PGA_WRITEABLE);
5184                                         }
5185                                         break;
5186                                 }
5187                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5188                                     &free);
5189                                 freed++;
5190                         }
5191                 }
5192                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5193                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5194                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5195                 if (allfree) {
5196                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5197                         free_pv_chunk(pc);
5198                 }
5199         }
5200         if (lock != NULL)
5201                 rw_wunlock(lock);
5202         pmap_invalidate_all(pmap);
5203         PMAP_UNLOCK(pmap);
5204         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5205 }
5206
5207 /*
5208  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5209  */
5210 static boolean_t
5211 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5212 {
5213         struct rwlock *lock;
5214         pv_entry_t pv;
5215         struct md_page *pvh;
5216         pt_entry_t *pte, mask, value;
5217         pmap_t pmap;
5218         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5219         boolean_t rv;
5220
5221         rv = FALSE;
5222         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5223         rw_rlock(lock);
5224 restart:
5225         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5226                 pmap = PV_PMAP(pv);
5227                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5228                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5229                         md_gen = m->md.pv_gen;
5230                         rw_runlock(lock);
5231                         PMAP_LOCK(pmap);
5232                         rw_rlock(lock);
5233                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5234                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5235                                 goto restart;
5236                         }
5237                 }
5238                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5239                 KASSERT(lvl == 3,
5240                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5241                 mask = 0;
5242                 value = 0;
5243                 if (modified) {
5244                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5245                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5246                 }
5247                 if (accessed) {
5248                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5249                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5250                 }
5251                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5252                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5253                 if (rv)
5254                         goto out;
5255         }
5256         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5257                 pvh = page_to_pvh(m);
5258                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5259                         pmap = PV_PMAP(pv);
5260                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5261                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5262                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5263                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5264                                 rw_runlock(lock);
5265                                 PMAP_LOCK(pmap);
5266                                 rw_rlock(lock);
5267                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5268                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5269                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5270                                         goto restart;
5271                                 }
5272                         }
5273                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5274                         KASSERT(lvl == 2,
5275                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5276                         mask = 0;
5277                         value = 0;
5278                         if (modified) {
5279                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5280                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5281                         }
5282                         if (accessed) {
5283                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5284                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5285                         }
5286                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5287                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5288                         if (rv)
5289                                 goto out;
5290                 }
5291         }
5292 out:
5293         rw_runlock(lock);
5294         return (rv);
5295 }
5296
5297 /*
5298  *      pmap_is_modified:
5299  *
5300  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5301  *      in any physical maps.
5302  */
5303 boolean_t
5304 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5305 {
5306
5307         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5308             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5309
5310         /*
5311          * If the page is not busied then this check is racy.
5312          */
5313         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5314                 return (FALSE);
5315         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5316 }
5317
5318 /*
5319  *      pmap_is_prefaultable:
5320  *
5321  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5322  *      for prefault.
5323  */
5324 boolean_t
5325 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5326 {
5327         pt_entry_t *pte;
5328         boolean_t rv;
5329         int lvl;
5330
5331         rv = FALSE;
5332         PMAP_LOCK(pmap);
5333         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5334         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
5335                 rv = TRUE;
5336         }
5337         PMAP_UNLOCK(pmap);
5338         return (rv);
5339 }
5340
5341 /*
5342  *      pmap_is_referenced:
5343  *
5344  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5345  *      in any physical maps.
5346  */
5347 boolean_t
5348 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5349 {
5350
5351         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5352             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5353         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5354 }
5355
5356 /*
5357  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5358  */
5359 void
5360 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5361 {
5362         struct md_page *pvh;
5363         pmap_t pmap;
5364         struct rwlock *lock;
5365         pv_entry_t next_pv, pv;
5366         pt_entry_t oldpte, *pte;
5367         vm_offset_t va;
5368         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5369
5370         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5371             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5372         vm_page_assert_busied(m);
5373
5374         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5375                 return;
5376         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5377         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5378 retry_pv_loop:
5379         rw_wlock(lock);
5380         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5381                 pmap = PV_PMAP(pv);
5382                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5383                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5384                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5385                         rw_wunlock(lock);
5386                         PMAP_LOCK(pmap);
5387                         rw_wlock(lock);
5388                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5389                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5390                                 rw_wunlock(lock);
5391                                 goto retry_pv_loop;
5392                         }
5393                 }
5394                 va = pv->pv_va;
5395                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5396                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5397                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5398                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5399                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5400                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5401                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5402         }
5403         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5404                 pmap = PV_PMAP(pv);
5405                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5406                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5407                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5408                         md_gen = m->md.pv_gen;
5409                         rw_wunlock(lock);
5410                         PMAP_LOCK(pmap);
5411                         rw_wlock(lock);
5412                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5413                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5414                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5415                                 rw_wunlock(lock);
5416                                 goto retry_pv_loop;
5417                         }
5418                 }
5419                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5420                 oldpte = pmap_load(pte);
5421 retry:
5422                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5423                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
5424                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5425                                 goto retry;
5426                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5427                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5428                                 vm_page_dirty(m);
5429                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5430                 }
5431                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5432         }
5433         rw_wunlock(lock);
5434         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5435 }
5436
5437 /*
5438  *      pmap_ts_referenced:
5439  *
5440  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5441  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5442  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5443  *      reference bits set.
5444  *
5445  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5446  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5447  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5448  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5449  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5450  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5451  *      to pmap_is_modified().
5452  */
5453 int
5454 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5455 {
5456         struct md_page *pvh;
5457         pv_entry_t pv, pvf;
5458         pmap_t pmap;
5459         struct rwlock *lock;
5460         pd_entry_t *pde, tpde;
5461         pt_entry_t *pte, tpte;
5462         vm_offset_t va;
5463         vm_paddr_t pa;
5464         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5465         struct spglist free;
5466
5467         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5468             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5469         SLIST_INIT(&free);
5470         cleared = 0;
5471         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5472         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5473         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5474         rw_wlock(lock);
5475 retry:
5476         not_cleared = 0;
5477         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5478                 goto small_mappings;
5479         pv = pvf;
5480         do {
5481                 if (pvf == NULL)
5482                         pvf = pv;
5483                 pmap = PV_PMAP(pv);
5484                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5485                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5486                         rw_wunlock(lock);
5487                         PMAP_LOCK(pmap);
5488                         rw_wlock(lock);
5489                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5490                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5491                                 goto retry;
5492                         }
5493                 }
5494                 va = pv->pv_va;
5495                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5496                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5497                 KASSERT(lvl == 1,
5498                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5499                 tpde = pmap_load(pde);
5500                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5501                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5502                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5503                 tpte = pmap_load(pte);
5504                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5505                         /*
5506                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5507                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5508                          * we only update the 4KB page under test.
5509                          */
5510                         vm_page_dirty(m);
5511                 }
5512
5513                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5514                         /*
5515                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5516                          * it should not be cleared every time it is tested.
5517                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5518                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5519                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5520                          * which testing the reference bit will result in
5521                          * clearing that reference bit.  This function is
5522                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5523                          * for every 2MB page mapping.
5524                          *
5525                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5526                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5527                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5528                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5529                          * since the superpage is wired, the current state of
5530                          * its reference bit won't affect page replacement.
5531                          */
5532                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5533                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5534                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5535                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5536                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5537                                 cleared++;
5538                         } else
5539                                 not_cleared++;
5540                 }
5541                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5542                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5543                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5544                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5545                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5546                         pvh->pv_gen++;
5547                 }
5548                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5549                         goto out;
5550         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5551 small_mappings:
5552         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5553                 goto out;
5554         pv = pvf;
5555         do {
5556                 if (pvf == NULL)
5557                         pvf = pv;
5558                 pmap = PV_PMAP(pv);
5559                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5560                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5561                         md_gen = m->md.pv_gen;
5562                         rw_wunlock(lock);
5563                         PMAP_LOCK(pmap);
5564                         rw_wlock(lock);
5565                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5566                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5567                                 goto retry;
5568                         }
5569                 }
5570                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5571                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5572                 KASSERT(lvl == 2,
5573                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5574                 tpde = pmap_load(pde);
5575                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5576                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5577                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5578                 tpte = pmap_load(pte);
5579                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5580                         vm_page_dirty(m);
5581                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5582                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5583                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5584                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5585                                 cleared++;
5586                         } else
5587                                 not_cleared++;
5588                 }
5589                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5590                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5591                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5592                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5593                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5594                         m->md.pv_gen++;
5595                 }
5596         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5597             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5598 out:
5599         rw_wunlock(lock);
5600         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5601         return (cleared + not_cleared);
5602 }
5603
5604 /*
5605  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5606  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5607  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5608  */
5609 void
5610 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5611 {
5612         struct rwlock *lock;
5613         vm_offset_t va, va_next;
5614         vm_page_t m;
5615         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5616         pt_entry_t *l3, oldl3;
5617
5618         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5619
5620         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5621                 return;
5622
5623         PMAP_LOCK(pmap);
5624         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5625                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5626                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5627                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5628                         if (va_next < sva)
5629                                 va_next = eva;
5630                         continue;
5631                 }
5632
5633                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5634                 if (va_next < sva)
5635                         va_next = eva;
5636                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5637                 if (pmap_load(l1) == 0)
5638                         continue;
5639                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5640                         KASSERT(va_next <= eva,
5641                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5642                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5643                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
5644                         continue;
5645                 }
5646
5647                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5648                 if (va_next < sva)
5649                         va_next = eva;
5650                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5651                 oldl2 = pmap_load(l2);
5652                 if (oldl2 == 0)
5653                         continue;
5654                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5655                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5656                                 continue;
5657                         lock = NULL;
5658                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5659                                 if (lock != NULL)
5660                                         rw_wunlock(lock);
5661
5662                                 /*
5663                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5664                                  */
5665                                 continue;
5666                         }
5667
5668                         /*
5669                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5670                          * mapping to a single page so that a subsequent
5671                          * access may repromote.  Choosing the last page
5672                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5673                          * generally results in more repromotions.  Since the
5674                          * underlying page table page is fully populated, this
5675                          * removal never frees a page table page.
5676                          */
5677                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5678                                 va = eva;
5679                                 if (va > va_next)
5680                                         va = va_next;
5681                                 va -= PAGE_SIZE;
5682                                 KASSERT(va >= sva,
5683                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5684                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5685                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5686                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5687                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5688                                     NULL, &lock);
5689                         }
5690                         if (lock != NULL)
5691                                 rw_wunlock(lock);
5692                 }
5693                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5694                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5695                 if (va_next > eva)
5696                         va_next = eva;
5697                 va = va_next;
5698                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5699                     sva += L3_SIZE) {
5700                         oldl3 = pmap_load(l3);
5701                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5702                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5703                                 goto maybe_invlrng;
5704                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5705                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5706                                         /*
5707                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5708                                          * can be avoided by making the page
5709                                          * dirty now.
5710                                          */
5711                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5712                                         vm_page_dirty(m);
5713                                 }
5714                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5715                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5716                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5717                                         cpu_spinwait();
5718                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5719                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5720                         else
5721                                 goto maybe_invlrng;
5722                         if (va == va_next)
5723                                 va = sva;
5724                         continue;
5725 maybe_invlrng:
5726                         if (va != va_next) {
5727                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5728                                 va = va_next;
5729                         }
5730                 }
5731                 if (va != va_next)
5732                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5733         }
5734         PMAP_UNLOCK(pmap);
5735 }
5736
5737 /*
5738  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5739  */
5740 void
5741 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5742 {
5743         struct md_page *pvh;
5744         struct rwlock *lock;
5745         pmap_t pmap;
5746         pv_entry_t next_pv, pv;
5747         pd_entry_t *l2, oldl2;
5748         pt_entry_t *l3, oldl3;
5749         vm_offset_t va;
5750         int md_gen, pvh_gen;
5751
5752         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5753             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5754         vm_page_assert_busied(m);
5755
5756         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5757                 return;
5758         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5759         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5760         rw_wlock(lock);
5761 restart:
5762         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5763                 pmap = PV_PMAP(pv);
5764                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5765                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5766                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5767                         rw_wunlock(lock);
5768                         PMAP_LOCK(pmap);
5769                         rw_wlock(lock);
5770                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5771                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5772                                 goto restart;
5773                         }
5774                 }
5775                 va = pv->pv_va;
5776                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5777                 oldl2 = pmap_load(l2);
5778                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5779                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5780                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5781                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5782                         /*
5783                          * Write protect the mapping to a single page so that
5784                          * a subsequent write access may repromote.
5785                          */
5786                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5787                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5788                         oldl3 = pmap_load(l3);
5789                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5790                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5791                                 cpu_spinwait();
5792                         vm_page_dirty(m);
5793                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5794                 }
5795                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5796         }
5797         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5798                 pmap = PV_PMAP(pv);
5799                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5800                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5801                         md_gen = m->md.pv_gen;
5802                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5803                         rw_wunlock(lock);
5804                         PMAP_LOCK(pmap);
5805                         rw_wlock(lock);
5806                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5807                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5808                                 goto restart;
5809                         }
5810                 }
5811                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5812                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5813                 oldl3 = pmap_load(l3);
5814                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5815                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5816                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5817                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5818                 }
5819                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5820         }
5821         rw_wunlock(lock);
5822 }
5823
5824 void *
5825 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5826 {
5827         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5828         vm_offset_t va, offset;
5829         pd_entry_t *pde;
5830         pt_entry_t *l2;
5831         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5832
5833         if (!vm_initialized) {
5834                 /*
5835                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5836                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5837                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5838                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5839                  */
5840                  if (size == 0)
5841                          return (NULL);
5842
5843                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5844                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5845                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5846
5847                 offset = pa & L2_OFFSET;
5848
5849                 if (preinit_map_va == 0)
5850                         return (NULL);
5851
5852                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5853
5854                 free_l2_count = 0;
5855                 start_idx = -1;
5856                 /* Find enough free contiguous VA space */
5857                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5858                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5859                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5860                                 /* Not enough space here */
5861                                 free_l2_count = 0;
5862                                 start_idx = -1;
5863                                 continue;
5864                         }
5865
5866                         if (ppim->pa == 0) {
5867                                 /* Free L2 block */
5868                                 if (start_idx == -1)
5869                                         start_idx = i;
5870                                 free_l2_count++;
5871                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5872                                         break;
5873                         }
5874                 }
5875                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5876                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5877
5878                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5879                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5880                         /* Mark entries as allocated */
5881                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5882                         ppim->pa = pa;
5883                         ppim->va = va + offset;
5884                         ppim->size = size;
5885                 }
5886
5887                 /* Map L2 blocks */
5888                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5889                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5890                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5891                         KASSERT(pde != NULL,
5892                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5893                             va));
5894                         KASSERT(lvl == 1,
5895                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5896
5897                         /* Insert L2_BLOCK */
5898                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5899                         pmap_load_store(l2,
5900                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5901                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5902
5903                         va += L2_SIZE;
5904                         pa += L2_SIZE;
5905                 }
5906                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5907
5908                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5909
5910         } else {
5911                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5912                 offset = pa & PAGE_MASK;
5913                 size = round_page(offset + size);
5914
5915                 va = kva_alloc(size);
5916                 if (va == 0)
5917                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5918
5919                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5920                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5921
5922                 /* L3 table is linked */
5923                 va = trunc_page(va);
5924                 pa = trunc_page(pa);
5925                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
5926         }
5927
5928         return ((void *)(va + offset));
5929 }
5930
5931 void
5932 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5933 {
5934         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5935         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5936         pd_entry_t *pde;
5937         pt_entry_t *l2;
5938         int i, lvl, l2_blocks, block;
5939         bool preinit_map;
5940
5941         l2_blocks =
5942            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5943         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5944
5945         /* Remove preinit mapping */
5946         preinit_map = false;
5947         block = 0;
5948         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5949                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5950                 if (ppim->va == va) {
5951                         KASSERT(ppim->size == size,
5952                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5953                         ppim->va = 0;
5954                         ppim->pa = 0;
5955                         ppim->size = 0;
5956                         preinit_map = true;
5957                         offset = block * L2_SIZE;
5958                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5959
5960                         /* Remove L2_BLOCK */
5961                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5962                         KASSERT(pde != NULL,
5963                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5964                             va_trunc));
5965                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5966                         pmap_clear(l2);
5967
5968                         if (block == (l2_blocks - 1))
5969                                 break;
5970                         block++;
5971                 }
5972         }
5973         if (preinit_map) {
5974                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5975                 return;
5976         }
5977
5978         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5979         if (vm_initialized) {
5980                 offset = va & PAGE_MASK;
5981                 size = round_page(offset + size);
5982                 va = trunc_page(va);
5983
5984                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5985                 KASSERT(pde != NULL,
5986                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5987                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5988
5989                 /* Unmap and invalidate the pages */
5990                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5991                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5992
5993                 kva_free(va, size);
5994         }
5995 }
5996
5997 /*
5998  * Sets the memory attribute for the specified page.
5999  */
6000 void
6001 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6002 {
6003
6004         m->md.pv_memattr = ma;
6005
6006         /*
6007          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6008          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6009          * required for data coherence.
6010          */
6011         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6012             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6013             m->md.pv_memattr) != 0)
6014                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6015 }
6016
6017 /*
6018  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6019  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6020  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6021  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6022  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6023  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6024  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6025  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6026  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6027  * same physical page have different memory types.
6028  *
6029  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6030  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6031  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6032  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6033  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6034  * virtual address range or the direct map.
6035  */
6036 int
6037 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6038 {
6039         int error;
6040
6041         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6042         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6043         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6044         return (error);
6045 }
6046
6047 static int
6048 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6049 {
6050         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6051         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
6052         int lvl;
6053
6054         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6055         base = trunc_page(va);
6056         offset = va & PAGE_MASK;
6057         size = round_page(offset + size);
6058
6059         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6060             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6061                 return (EINVAL);
6062
6063         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6064                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6065                 if (pte == NULL)
6066                         return (EINVAL);
6067
6068                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
6069                         /*
6070                          * We already have the correct attribute,
6071                          * ignore this entry.
6072                          */
6073                         switch (lvl) {
6074                         default:
6075                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6076                         case 1:
6077                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6078                                 break;
6079                         case 2:
6080                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6081                                 break;
6082                         case 3:
6083                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6084                                 break;
6085                         }
6086                 } else {
6087                         /*
6088                          * Split the entry to an level 3 table, then
6089                          * set the new attribute.
6090                          */
6091                         switch (lvl) {
6092                         default:
6093                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6094                         case 1:
6095                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
6096                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6097                                 if (newpte == NULL)
6098                                         return (EINVAL);
6099                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
6100                         case 2:
6101                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
6102                                     tmpva);
6103                                 if (newpte == NULL)
6104                                         return (EINVAL);
6105                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
6106                         case 3:
6107                                 /* Update the entry */
6108                                 l3 = pmap_load(pte);
6109                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
6110                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
6111                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
6112                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
6113
6114                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
6115                                     PAGE_SIZE);
6116
6117                                 /*
6118                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
6119                                  * the cache.
6120                                  */
6121                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6122                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
6123
6124                                 break;
6125                         }
6126                         tmpva += PAGE_SIZE;
6127                 }
6128         }
6129
6130         return (0);
6131 }
6132
6133 /*
6134  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6135  */
6136 static pt_entry_t *
6137 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6138 {
6139         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6140         vm_offset_t tmpl1;
6141         vm_paddr_t l2phys, phys;
6142         vm_page_t ml2;
6143         int i;
6144
6145         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6146         oldl1 = pmap_load(l1);
6147         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6148             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6149         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6150             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6151         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6152             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6153
6154         tmpl1 = 0;
6155         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6156                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6157                 if (tmpl1 == 0)
6158                         return (NULL);
6159         }
6160
6161         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6162             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6163                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6164                     " in pmap %p", va, pmap);
6165                 return (NULL);
6166         }
6167
6168         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6169         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6170
6171         /* Address the range points at */
6172         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6173         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6174         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6175
6176         /* Create the new entries */
6177         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6178                 l2[i] = newl2 | phys;
6179                 phys += L2_SIZE;
6180         }
6181         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6182             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6183             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6184
6185         if (tmpl1 != 0) {
6186                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6187                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6188                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6189                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6190         }
6191
6192         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6193
6194         if (tmpl1 != 0) {
6195                 pmap_kremove(tmpl1);
6196                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6197         }
6198
6199         return (l2);
6200 }
6201
6202 static void
6203 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6204 {
6205         pt_entry_t *l3;
6206
6207         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6208                 *l3 = newl3;
6209                 newl3 += L3_SIZE;
6210         }
6211 }
6212
6213 static void
6214 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6215     struct rwlock **lockp)
6216 {
6217         struct spglist free;
6218
6219         SLIST_INIT(&free);
6220         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6221             lockp);
6222         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6223 }
6224
6225 /*
6226  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6227  */
6228 static pt_entry_t *
6229 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6230     struct rwlock **lockp)
6231 {
6232         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6233         vm_offset_t tmpl2;
6234         vm_paddr_t l3phys;
6235         vm_page_t ml3;
6236
6237         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6238         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6239         l3 = NULL;
6240         oldl2 = pmap_load(l2);
6241         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6242             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6243         va &= ~L2_OFFSET;
6244
6245         tmpl2 = 0;
6246         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6247                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6248                 if (tmpl2 == 0)
6249                         return (NULL);
6250         }
6251
6252         /*
6253          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6254          * mapping was never accessed.
6255          */
6256         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6257                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6258                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6259                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6260                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6261                     va, pmap);
6262                 goto fail;
6263         }
6264
6265         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6266                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6267                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6268                     " is missing"));
6269
6270                 /*
6271                  * If the page table page is missing and the mapping
6272                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6273                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
6274                  * for every other part of the kernel address space,
6275                  * so the direct map region is the only part of the
6276                  * kernel address space that must be handled here.
6277                  */
6278                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
6279                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6280
6281                 /*
6282                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6283                  * region of the kernel's address space, then the page
6284                  * allocation request specifies the highest possible
6285                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6286                  * priority is normal.
6287                  */
6288                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
6289                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
6290                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
6291
6292                 /*
6293                  * If the allocation of the new page table page fails,
6294                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6295                  */
6296                 if (ml3 == NULL) {
6297                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6298                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6299                             " in pmap %p", va, pmap);
6300                         goto fail;
6301                 }
6302
6303                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6304                         ml3->ref_count = NL3PG;
6305                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6306                 }
6307         }
6308         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6309         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6310         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6311         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6312             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6313             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6314
6315         /*
6316          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6317          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6318          *
6319          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6320          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6321          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6322          */
6323         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6324                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6325
6326         /*
6327          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6328          */
6329         if (tmpl2 != 0) {
6330                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6331                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6332                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6333                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6334         }
6335
6336         /*
6337          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6338          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6339          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6340          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6341          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6342          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6343          */
6344         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6345                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6346
6347         /*
6348          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6349          * the 2MB page mapping.
6350          */
6351         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6352
6353         /*
6354          * Demote the PV entry.
6355          */
6356         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6357                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6358
6359         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6360         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6361             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6362
6363 fail:
6364         if (tmpl2 != 0) {
6365                 pmap_kremove(tmpl2);
6366                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6367         }
6368
6369         return (l3);
6370
6371 }
6372
6373 static pt_entry_t *
6374 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6375 {
6376         struct rwlock *lock;
6377         pt_entry_t *l3;
6378
6379         lock = NULL;
6380         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6381         if (lock != NULL)
6382                 rw_wunlock(lock);
6383         return (l3);
6384 }
6385
6386 /*
6387  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6388  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6389  * find other mappings.
6390  */
6391 int
6392 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6393 {
6394         pt_entry_t *pte, tpte;
6395         vm_paddr_t mask, pa;
6396         int lvl, val;
6397         bool managed;
6398
6399         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6400         PMAP_LOCK(pmap);
6401         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6402         if (pte != NULL) {
6403                 tpte = pmap_load(pte);
6404
6405                 switch (lvl) {
6406                 case 3:
6407                         mask = L3_OFFSET;
6408                         break;
6409                 case 2:
6410                         mask = L2_OFFSET;
6411                         break;
6412                 case 1:
6413                         mask = L1_OFFSET;
6414                         break;
6415                 default:
6416                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6417                 }
6418
6419                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6420                 val = MINCORE_INCORE;
6421                 if (lvl != 3)
6422                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6423                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6424                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6425                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6426                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6427                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6428
6429                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6430         } else {
6431                 managed = false;
6432                 val = 0;
6433         }
6434
6435         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6436             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6437                 *pap = pa;
6438         }
6439         PMAP_UNLOCK(pmap);
6440         return (val);
6441 }
6442
6443 /*
6444  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6445  * reserved.
6446  */
6447 static void
6448 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6449 {
6450         pmap_t curpmap;
6451         int asid, cpuid, epoch;
6452         struct asid_set *set;
6453         enum pmap_stage stage;
6454
6455         set = pmap->pm_asid_set;
6456         stage = pmap->pm_stage;
6457
6458         set = pmap->pm_asid_set;
6459         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6460         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6461
6462         /*
6463          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6464          * loads from pc_curpmap are performed.
6465          */
6466         epoch = set->asid_epoch + 1;
6467         if (epoch == INT_MAX)
6468                 epoch = 0;
6469         set->asid_epoch = epoch;
6470         dsb(ishst);
6471         if (stage == PM_STAGE1) {
6472                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6473         } else {
6474                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6475                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6476                     __func__));
6477                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6478         }
6479         dsb(ish);
6480         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6481             set->asid_set_size - 1);
6482         CPU_FOREACH(cpuid) {
6483                 if (cpuid == curcpu)
6484                         continue;
6485                 if (stage == PM_STAGE1) {
6486                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6487                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6488                 } else {
6489                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6490                         if (curpmap == NULL)
6491                                 continue;
6492                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6493                 }
6494                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6495                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6496                 if (asid == -1)
6497                         continue;
6498                 bit_set(set->asid_set, asid);
6499                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6500         }
6501 }
6502
6503 /*
6504  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6505  */
6506 static void
6507 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6508 {
6509         struct asid_set *set;
6510         int new_asid;
6511
6512         set = pmap->pm_asid_set;
6513         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6514
6515         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6516
6517         /*
6518          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6519          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6520          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6521          * don't need to allocate a new ASID.
6522          */
6523         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6524                 goto out;
6525
6526         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6527             &new_asid);
6528         if (new_asid == -1) {
6529                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6530                     set->asid_next, &new_asid);
6531                 if (new_asid == -1) {
6532                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6533                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6534                             set->asid_set_size, &new_asid);
6535                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6536                 }
6537         }
6538         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6539         set->asid_next = new_asid + 1;
6540         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6541 out:
6542         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6543 }
6544
6545 /*
6546  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6547  * pmap.  This value may change from time to time.
6548  */
6549 uint64_t
6550 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6551 {
6552
6553         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6554             pmap->pm_ttbr);
6555 }
6556
6557 static bool
6558 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6559 {
6560         struct asid_set *set;
6561         int epoch;
6562
6563         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6564         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6565
6566         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6567             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6568                 /*
6569                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6570                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6571                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6572                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6573                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6574                  * instructions performed on the old processor have completed.
6575                  */
6576                 dsb(ish);
6577                 return (false);
6578         }
6579
6580         set = pmap->pm_asid_set;
6581         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6582
6583         /*
6584          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6585          * load from asid_epoch is performed.
6586          */
6587         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6588                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6589         else
6590                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6591         dsb(ish);
6592         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6593         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6594                 pmap_alloc_asid(pmap);
6595
6596         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6597                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6598                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6599                         invalidate_local_icache();
6600         }
6601         return (true);
6602 }
6603
6604 void
6605 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6606 {
6607
6608         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6609
6610         (void)pmap_activate_int(pmap);
6611 }
6612
6613 void
6614 pmap_activate(struct thread *td)
6615 {
6616         pmap_t  pmap;
6617
6618         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6619         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6620         critical_enter();
6621         (void)pmap_activate_int(pmap);
6622         critical_exit();
6623 }
6624
6625 /*
6626  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6627  * to cpu_switch().
6628  */
6629 struct pcb *
6630 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6631 {
6632         pcpu_bp_harden bp_harden;
6633         struct pcb *pcb;
6634
6635         /* Store the new curthread */
6636         PCPU_SET(curthread, new);
6637
6638         /* And the new pcb */
6639         pcb = new->td_pcb;
6640         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6641
6642         /*
6643          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6644          * to a user process.
6645          */
6646
6647         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6648                 /*
6649                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6650                  * other processes. This will call into a CPU specific
6651                  * function that clears the branch predictor state.
6652                  */
6653                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6654                 if (bp_harden != NULL)
6655                         bp_harden();
6656         }
6657
6658         return (pcb);
6659 }
6660
6661 void
6662 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6663 {
6664
6665         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6666         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6667                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6668         } else {
6669                 u_int len, offset;
6670                 vm_paddr_t pa;
6671
6672                 /* Find the length of data in this page to flush */
6673                 offset = va & PAGE_MASK;
6674                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6675
6676                 while (sz != 0) {
6677                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6678                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6679                         if (pa != 0)
6680                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6681
6682                         /* Move to the next page */
6683                         sz -= len;
6684                         va += len;
6685                         /* Set the length for the next iteration */
6686                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6687                 }
6688         }
6689 }
6690
6691 static int
6692 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6693 {
6694         pd_entry_t *pdep;
6695         pt_entry_t *ptep, pte;
6696         int rv, lvl, dfsc;
6697
6698         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6699         rv = KERN_FAILURE;
6700
6701         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6702         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6703         switch (dfsc) {
6704         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6705         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6706         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6707         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6708                 PMAP_LOCK(pmap);
6709                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6710                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6711                         PMAP_LOCK(pmap);
6712                         break;
6713                 }
6714
6715                 switch (lvl) {
6716                 case 0:
6717                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6718                         break;
6719                 case 1:
6720                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6721                         break;
6722                 case 2:
6723                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6724                         break;
6725                 default:
6726                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6727                 }
6728                 goto fault_exec;
6729
6730         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6731         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6732         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6733                 PMAP_LOCK(pmap);
6734                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6735 fault_exec:
6736                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6737                         if (icache_vmid) {
6738                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6739                         } else {
6740                                 /*
6741                                  * If accessing an executable page invalidate
6742                                  * the I-cache so it will be valid when we
6743                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6744                                  * is assumed to already be clean to the Point
6745                                  * of Coherency.
6746                                  */
6747                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6748                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6749                                         invalidate_icache();
6750                                 }
6751                         }
6752                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6753                         rv = KERN_SUCCESS;
6754                 }
6755                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6756                 break;
6757         }
6758
6759         return (rv);
6760 }
6761
6762 int
6763 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6764 {
6765         pt_entry_t pte, *ptep;
6766         register_t intr;
6767         uint64_t ec, par;
6768         int lvl, rv;
6769
6770         rv = KERN_FAILURE;
6771
6772         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6773         switch (ec) {
6774         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6775         case EXCP_INSN_ABORT:
6776         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6777         case EXCP_DATA_ABORT:
6778                 break;
6779         default:
6780                 return (rv);
6781         }
6782
6783         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6784                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6785
6786         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6787         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6788         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6789         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6790         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6791                 PMAP_LOCK(pmap);
6792                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6793                 if (ptep != NULL) {
6794                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6795                         rv = KERN_SUCCESS;
6796                         /*
6797                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6798                          * dirty if this is a write fault.
6799                          */
6800                 }
6801                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6802                 break;
6803         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6804         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6805         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6806                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6807                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6808                         return (rv);
6809                 PMAP_LOCK(pmap);
6810                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6811                 if (ptep != NULL &&
6812                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6813                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6814                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6815                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6816                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6817                         }
6818                         rv = KERN_SUCCESS;
6819                 }
6820                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6821                 break;
6822         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6823         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6824         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6825         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6826                 /*
6827                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6828                  * produce a transient fault.
6829                  */
6830                 if (pmap == kernel_pmap) {
6831                         /*
6832                          * The translation fault may have occurred within a
6833                          * critical section.  Therefore, we must check the
6834                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6835                          */
6836                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6837                                 rv = KERN_SUCCESS;
6838                 } else {
6839                         PMAP_LOCK(pmap);
6840                         /* Ask the MMU to check the address. */
6841                         intr = intr_disable();
6842                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6843                         intr_restore(intr);
6844                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6845
6846                         /*
6847                          * If the translation was successful, then we can
6848                          * return success to the trap handler.
6849                          */
6850                         if (PAR_SUCCESS(par))
6851                                 rv = KERN_SUCCESS;
6852                 }
6853                 break;
6854         }
6855
6856         return (rv);
6857 }
6858
6859 /*
6860  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6861  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6862  */
6863 void
6864 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6865     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6866 {
6867         vm_offset_t superpage_offset;
6868
6869         if (size < L2_SIZE)
6870                 return;
6871         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6872                 offset += ptoa(object->pg_color);
6873         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6874         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6875             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6876                 return;
6877         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6878                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6879         else
6880                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6881 }
6882
6883 /**
6884  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6885  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6886  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6887  *
6888  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6889  *                    address on the kernel memory map.
6890  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6891  *                    of the pages passed in the page parameter.
6892  * \param count       Number of pages passed in.
6893  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6894  *                    page faults, FALSE otherwise.
6895  *
6896  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6897  *          finished or FALSE otherwise.
6898  *
6899  */
6900 boolean_t
6901 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6902     boolean_t can_fault)
6903 {
6904         vm_paddr_t paddr;
6905         boolean_t needs_mapping;
6906         int error, i;
6907
6908         /*
6909          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6910          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6911          */
6912         needs_mapping = FALSE;
6913         for (i = 0; i < count; i++) {
6914                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6915                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6916                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6917                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6918                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6919                         needs_mapping = TRUE;
6920                 } else {
6921                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6922                 }
6923         }
6924
6925         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6926         if (!needs_mapping)
6927                 return (FALSE);
6928
6929         if (!can_fault)
6930                 sched_pin();
6931         for (i = 0; i < count; i++) {
6932                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6933                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6934                         panic(
6935                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6936                 }
6937         }
6938
6939         return (needs_mapping);
6940 }
6941
6942 void
6943 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6944     boolean_t can_fault)
6945 {
6946         vm_paddr_t paddr;
6947         int i;
6948
6949         if (!can_fault)
6950                 sched_unpin();
6951         for (i = 0; i < count; i++) {
6952                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6953                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6954                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6955                 }
6956         }
6957 }
6958
6959 boolean_t
6960 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6961 {
6962
6963         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6964 }
6965
6966 /*
6967  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6968  * in various mapping attributes.
6969  */
6970 struct pmap_kernel_map_range {
6971         vm_offset_t sva;
6972         pt_entry_t attrs;
6973         int l3pages;
6974         int l3contig;
6975         int l2blocks;
6976         int l1blocks;
6977 };
6978
6979 static void
6980 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6981     vm_offset_t eva)
6982 {
6983         const char *mode;
6984         int index;
6985
6986         if (eva <= range->sva)
6987                 return;
6988
6989         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6990         switch (index) {
6991         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6992                 mode = "DEV";
6993                 break;
6994         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6995                 mode = "UC";
6996                 break;
6997         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6998                 mode = "WB";
6999                 break;
7000         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7001                 mode = "WT";
7002                 break;
7003         default:
7004                 printf(
7005                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7006                     __func__, index, range->sva, eva);
7007                 mode = "??";
7008                 break;
7009         }
7010
7011         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7012             range->sva, eva,
7013             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7014             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7015             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
7016             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7017             range->l3pages);
7018
7019         /* Reset to sentinel value. */
7020         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7021 }
7022
7023 /*
7024  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7025  * being tracked by the current range.
7026  */
7027 static bool
7028 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7029 {
7030
7031         return (range->attrs == attrs);
7032 }
7033
7034 static void
7035 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7036     pt_entry_t attrs)
7037 {
7038
7039         memset(range, 0, sizeof(*range));
7040         range->sva = va;
7041         range->attrs = attrs;
7042 }
7043
7044 /*
7045  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7046  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7047  * begin a new run.
7048  */
7049 static void
7050 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7051     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7052     pt_entry_t l3e)
7053 {
7054         pt_entry_t attrs;
7055
7056         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7057         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7058         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
7059                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
7060         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
7061         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
7062                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
7063         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
7064
7065         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7066                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7067                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7068         }
7069 }
7070
7071 static int
7072 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7073 {
7074         struct pmap_kernel_map_range range;
7075         struct sbuf sbuf, *sb;
7076         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7077         pt_entry_t *l3, l3e;
7078         vm_offset_t sva;
7079         vm_paddr_t pa;
7080         int error, i, j, k, l;
7081
7082         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7083         if (error != 0)
7084                 return (error);
7085         sb = &sbuf;
7086         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7087
7088         /* Sentinel value. */
7089         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7090
7091         /*
7092          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7093          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7094          * observe inconsistencies in the output.
7095          */
7096         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7097             i++) {
7098                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7099                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7100                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7101                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7102
7103                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7104                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7105                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7106                         sva += L0_SIZE;
7107                         continue;
7108                 }
7109                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7110                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7111
7112                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7113                         l1e = l1[j];
7114                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7115                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7116                                 sva += L1_SIZE;
7117                                 continue;
7118                         }
7119                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7120                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7121                                     0, 0);
7122                                 range.l1blocks++;
7123                                 sva += L1_SIZE;
7124                                 continue;
7125                         }
7126                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7127                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7128
7129                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7130                                 l2e = l2[k];
7131                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7132                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7133                                         sva += L2_SIZE;
7134                                         continue;
7135                                 }
7136                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7137                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7138                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7139                                         range.l2blocks++;
7140                                         sva += L2_SIZE;
7141                                         continue;
7142                                 }
7143                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7144                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7145
7146                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7147                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7148                                         l3e = l3[l];
7149                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7150                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7151                                                     sva);
7152                                                 continue;
7153                                         }
7154                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7155                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7156                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7157                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7158                                                     1 : 0;
7159                                         else
7160                                                 range.l3pages++;
7161                                 }
7162                         }
7163                 }
7164         }
7165
7166         error = sbuf_finish(sb);
7167         sbuf_delete(sb);
7168         return (error);
7169 }
7170 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7171     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7172     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7173     "Dump kernel address layout");