]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
When a copy-on-write fault occurs, pmap_enter() is called on to replace the
[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/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sbuf.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/vmem.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/_unrhdr.h>
131 #include <sys/smp.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #include <machine/machdep.h>
148 #include <machine/md_var.h>
149 #include <machine/pcb.h>
150
151 #include <arm/include/physmem.h>
152
153 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
154 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
155 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
156 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
157
158 #define NUL0E           L0_ENTRIES
159 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
160 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
161
162 #if !defined(DIAGNOSTIC)
163 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
164 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
165 #else
166 #define PMAP_INLINE     extern inline
167 #endif
168 #else
169 #define PMAP_INLINE
170 #endif
171
172 #ifdef PV_STATS
173 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
174 #else
175 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
176 #endif
177
178 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
179 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
180
181 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
182
183 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
184                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
185
186 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
187         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
188         struct rwlock *_new_lock;                       \
189                                                         \
190         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
191         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
192                 if (*_lockp != NULL)                    \
193                         rw_wunlock(*_lockp);            \
194                 *_lockp = _new_lock;                    \
195                 rw_wlock(*_lockp);                      \
196         }                                               \
197 } while (0)
198
199 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
200                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
201
202 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
203         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
204                                                         \
205         if (*_lockp != NULL) {                          \
206                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
207                 *_lockp = NULL;                         \
208         }                                               \
209 } while (0)
210
211 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
212                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
213
214 /*
215  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
216  * If the ATTR_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise it is
217  * dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
218  *
219  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
220  * as a software managed bit.
221  */
222 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
223
224 struct pmap kernel_pmap_store;
225
226 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
227 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
228 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
229 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
230 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
231
232 /*
233  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
234  * Always map entire L2 block for simplicity.
235  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
236  */
237 static struct pmap_preinit_mapping {
238         vm_paddr_t      pa;
239         vm_offset_t     va;
240         vm_size_t       size;
241 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
242
243 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
244 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
245 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
246
247 /*
248  * Data for the pv entry allocation mechanism.
249  */
250 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
251 static struct mtx pv_chunks_mutex;
252 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
253 static struct md_page *pv_table;
254 static struct md_page pv_dummy;
255
256 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
257 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
258 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
259
260 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
261 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
262 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
263
264 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
265 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
266
267 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
268 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
269 static u_int physmap_idx;
270
271 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
272
273 /*
274  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
275  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
276  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
277  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
278  * ASIDs that are not currently active on a processor.
279  *
280  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
281  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
282  * below.
283  */
284 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD, 0, "ASID allocator");
285 static int asid_bits;
286 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asid_bits, 0,
287     "The number of bits in an ASID");
288 static bitstr_t *asid_set;
289 static int asid_set_size;
290 static int asid_next;
291 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asid_next, 0,
292     "The last allocated ASID plus one");
293 static int asid_epoch;
294 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asid_epoch, 0,
295     "The current epoch number");
296 static struct mtx asid_set_mutex;
297
298 /*
299  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
300  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
301  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
302  *
303  * An invalid ASID is represented by -1.
304  *
305  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
306  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
307  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
308  * allocated when the pmap is next activated.
309  */
310 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
311                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
312 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
313 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
314
315 static int superpages_enabled = 1;
316 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
317     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
318     "Are large page mappings enabled?");
319
320 /*
321  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
322  */
323 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
324 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
325
326 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
327 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
328 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
329 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
330 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
331 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
332                     vm_offset_t va);
333
334 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
335 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
336 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
337 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
338 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
339 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
340     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
341 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
342 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
343     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
344 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
345     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
346 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
347     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
348 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
349     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
350 static void pmap_reset_asid_set(void);
351 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
352     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
353
354 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
355                 struct rwlock **lockp);
356
357 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
358     struct spglist *free);
359 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
360 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
361
362 /*
363  * These load the old table data and store the new value.
364  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
365  * the same time as the CPU.
366  */
367 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
368 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
369 #define pmap_load(table)                (*table)
370 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
371 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
372 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
373 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
374
375 /********************/
376 /* Inline functions */
377 /********************/
378
379 static __inline void
380 pagecopy(void *s, void *d)
381 {
382
383         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
384 }
385
386 static __inline pd_entry_t *
387 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
388 {
389
390         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
391 }
392
393 static __inline pd_entry_t *
394 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
395 {
396         pd_entry_t *l1;
397
398         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
399         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
400 }
401
402 static __inline pd_entry_t *
403 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
404 {
405         pd_entry_t *l0;
406
407         l0 = pmap_l0(pmap, va);
408         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
409                 return (NULL);
410
411         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
412 }
413
414 static __inline pd_entry_t *
415 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
416 {
417         pd_entry_t *l2;
418
419         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
420         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
421 }
422
423 static __inline pd_entry_t *
424 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
425 {
426         pd_entry_t *l1;
427
428         l1 = pmap_l1(pmap, va);
429         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
430                 return (NULL);
431
432         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
433 }
434
435 static __inline pt_entry_t *
436 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
437 {
438         pt_entry_t *l3;
439
440         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
441         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
442 }
443
444 /*
445  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
446  * The next level may or may not point to a valid page or block.
447  */
448 static __inline pd_entry_t *
449 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
450 {
451         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
452
453         l0 = pmap_l0(pmap, va);
454         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
455         if (desc != L0_TABLE) {
456                 *level = -1;
457                 return (NULL);
458         }
459
460         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
461         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
462         if (desc != L1_TABLE) {
463                 *level = 0;
464                 return (l0);
465         }
466
467         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
468         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
469         if (desc != L2_TABLE) {
470                 *level = 1;
471                 return (l1);
472         }
473
474         *level = 2;
475         return (l2);
476 }
477
478 /*
479  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
480  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
481  * the first invalid level.
482  */
483 static __inline pt_entry_t *
484 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
485 {
486         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
487         pt_entry_t *l3;
488
489         l1 = pmap_l1(pmap, va);
490         if (l1 == NULL) {
491                 *level = 0;
492                 return (NULL);
493         }
494         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
495         if (desc == L1_BLOCK) {
496                 *level = 1;
497                 return (l1);
498         }
499
500         if (desc != L1_TABLE) {
501                 *level = 1;
502                 return (NULL);
503         }
504
505         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
506         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
507         if (desc == L2_BLOCK) {
508                 *level = 2;
509                 return (l2);
510         }
511
512         if (desc != L2_TABLE) {
513                 *level = 2;
514                 return (NULL);
515         }
516
517         *level = 3;
518         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
519         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
520                 return (NULL);
521
522         return (l3);
523 }
524
525 bool
526 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
527 {
528
529         return (superpages_enabled != 0);
530 }
531
532 bool
533 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
534     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
535 {
536         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
537
538         if (pmap->pm_l0 == NULL)
539                 return (false);
540
541         l0p = pmap_l0(pmap, va);
542         *l0 = l0p;
543
544         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
545                 return (false);
546
547         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
548         *l1 = l1p;
549
550         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
551                 *l2 = NULL;
552                 *l3 = NULL;
553                 return (true);
554         }
555
556         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
557                 return (false);
558
559         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
560         *l2 = l2p;
561
562         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
563                 *l3 = NULL;
564                 return (true);
565         }
566
567         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
568                 return (false);
569
570         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
571
572         return (true);
573 }
574
575 static __inline int
576 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
577 {
578
579         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
580 }
581
582
583 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
584
585 /*
586  * Checks if the PTE is dirty.
587  */
588 static inline int
589 pmap_pte_dirty(pt_entry_t pte)
590 {
591
592         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
593         KASSERT((pte & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
594             ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
595
596         return ((pte & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
597             (ATTR_AP(ATTR_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
598 }
599
600 static __inline void
601 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
602 {
603
604         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
605         pmap->pm_stats.resident_count += count;
606 }
607
608 static __inline void
609 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
610 {
611
612         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
613         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
614             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
615             pmap->pm_stats.resident_count, count));
616         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
617 }
618
619 static pt_entry_t *
620 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
621     u_int *l2_slot)
622 {
623         pt_entry_t *l2;
624         pd_entry_t *l1;
625
626         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
627         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
628
629         /* Check locore has used a table L1 map */
630         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
631            ("Invalid bootstrap L1 table"));
632         /* Find the address of the L2 table */
633         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
634         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
635
636         return (l2);
637 }
638
639 static vm_paddr_t
640 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
641 {
642         u_int l1_slot, l2_slot;
643         pt_entry_t *l2;
644
645         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
646
647         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
648 }
649
650 static vm_offset_t
651 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
652     vm_offset_t freemempos)
653 {
654         pt_entry_t *l2;
655         vm_offset_t va;
656         vm_paddr_t l2_pa, pa;
657         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
658         int i;
659
660         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
661         dmap_phys_max = 0;
662         dmap_max_addr = 0;
663         l2 = NULL;
664         prev_l1_slot = -1;
665
666 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
667         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
668
669         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
670                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
671                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
672
673                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
674                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
675                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
676                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
677                                 prev_l1_slot = l1_slot;
678                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
679                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
680                                     (vm_offset_t)l2);
681                                 freemempos += PAGE_SIZE;
682
683                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
684                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
685
686                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
687                         }
688                         KASSERT(l2 != NULL,
689                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
690                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
691                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
692                                 /*
693                                  * We are on a boundary, stop to
694                                  * create a level 1 block
695                                  */
696                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
697                                         break;
698
699                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
700                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
701                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
702                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
703                                     ATTR_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
704                         }
705                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
706                             ("..."));
707                 }
708
709                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
710                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
711                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
712                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
713                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
714                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
715                             ATTR_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
716                 }
717
718                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
719                 if (pa < physmap[i + 1]) {
720                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
721                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
722                                 prev_l1_slot = l1_slot;
723                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
724                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
725                                     (vm_offset_t)l2);
726                                 freemempos += PAGE_SIZE;
727
728                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
729                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
730
731                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
732                         }
733                         KASSERT(l2 != NULL,
734                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
735                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
736                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
737                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
738                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
739                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
740                                     ATTR_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
741                         }
742                 }
743
744                 if (pa > dmap_phys_max) {
745                         dmap_phys_max = pa;
746                         dmap_max_addr = va;
747                 }
748         }
749
750         cpu_tlb_flushID();
751
752         return (freemempos);
753 }
754
755 static vm_offset_t
756 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
757 {
758         vm_offset_t l2pt;
759         vm_paddr_t pa;
760         pd_entry_t *l1;
761         u_int l1_slot;
762
763         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
764
765         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
766         l1_slot = pmap_l1_index(va);
767         l2pt = l2_start;
768
769         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
770                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
771
772                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
773                 pmap_store(&l1[l1_slot],
774                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
775                 l2pt += PAGE_SIZE;
776         }
777
778         /* Clean the L2 page table */
779         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
780
781         return l2pt;
782 }
783
784 static vm_offset_t
785 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
786 {
787         vm_offset_t l3pt;
788         vm_paddr_t pa;
789         pd_entry_t *l2;
790         u_int l2_slot;
791
792         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
793
794         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
795         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
796         l2_slot = pmap_l2_index(va);
797         l3pt = l3_start;
798
799         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
800                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
801
802                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
803                 pmap_store(&l2[l2_slot],
804                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_UXN | L2_TABLE);
805                 l3pt += PAGE_SIZE;
806         }
807
808         /* Clean the L2 page table */
809         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
810
811         return l3pt;
812 }
813
814 /*
815  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
816  */
817 void
818 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
819     vm_size_t kernlen)
820 {
821         u_int l1_slot, l2_slot;
822         pt_entry_t *l2;
823         vm_offset_t va, freemempos;
824         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
825         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
826         uint64_t kern_delta;
827         int i;
828
829         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
830         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
831             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
832
833         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
834
835         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
836         printf("%lx\n", l1pt);
837         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
838
839         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
840         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
841         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
842         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
843         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
844
845         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
846         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
847
848         physmap_idx = arm_physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
849         physmap_idx /= 2;
850
851         /*
852          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
853          * but may contain empty ranges.
854          */
855         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
856                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
857                         continue;
858                 if (physmap[i] <= min_pa)
859                         min_pa = physmap[i];
860         }
861
862         freemempos = KERNBASE + kernlen;
863         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
864
865         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
866         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
867
868         va = KERNBASE;
869         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
870
871         /*
872          * Read the page table to find out what is already mapped.
873          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
874          * using a single L1 entry.
875          */
876         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
877
878         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
879         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
880
881         /* Find how many pages we have mapped */
882         for (; l2_slot < Ln_ENTRIES; l2_slot++) {
883                 if ((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == 0)
884                         break;
885
886                 /* Check locore used L2 blocks */
887                 KASSERT((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
888                     ("Invalid bootstrap L2 table"));
889                 KASSERT((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) == pa,
890                     ("Incorrect PA in L2 table"));
891
892                 va += L2_SIZE;
893                 pa += L2_SIZE;
894         }
895
896         va = roundup2(va, L1_SIZE);
897
898         /* Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS */
899         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, va, freemempos);
900         /* And the l3 tables for the early devmap */
901         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
902             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
903
904         cpu_tlb_flushID();
905
906 #define alloc_pages(var, np)                                            \
907         (var) = freemempos;                                             \
908         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
909         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
910
911         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
912         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
913         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
914
915         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
916         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
917         msgbufp = (void *)msgbufpv;
918
919         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
920         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
921
922         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
923         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
924         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
925         kernel_vm_end = virtual_avail;
926
927         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
928
929         arm_physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
930
931         cpu_tlb_flushID();
932 }
933
934 /*
935  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
936  */
937 void
938 pmap_page_init(vm_page_t m)
939 {
940
941         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
942         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
943 }
944
945 /*
946  *      Initialize the pmap module.
947  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
948  *      system needs to map virtual memory.
949  */
950 void
951 pmap_init(void)
952 {
953         vm_size_t s;
954         int i, pv_npg;
955
956         /*
957          * Determine whether an ASID is 8 or 16 bits in size.
958          */
959         asid_bits = (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8;
960
961         /*
962          * Are large page mappings enabled?
963          */
964         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
965         if (superpages_enabled) {
966                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
967                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
968                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
969         }
970
971         /*
972          * Initialize the ASID allocator.  At this point, we are still too
973          * early in the overall initialization process to use bit_alloc().
974          */
975         asid_set_size = 1 << asid_bits;
976         asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(asid_set_size),
977             M_WAITOK | M_ZERO);
978         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
979                 bit_set(asid_set, i);
980         asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
981         mtx_init(&asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
982
983         /*
984          * Initialize the pv chunk list mutex.
985          */
986         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
987
988         /*
989          * Initialize the pool of pv list locks.
990          */
991         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
992                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
993
994         /*
995          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
996          */
997         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
998
999         /*
1000          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1001          */
1002         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1003         s = round_page(s);
1004         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1005         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1006                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1007         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1008
1009         vm_initialized = 1;
1010 }
1011
1012 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD, 0,
1013     "2MB page mapping counters");
1014
1015 static u_long pmap_l2_demotions;
1016 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1017     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1018
1019 static u_long pmap_l2_mappings;
1020 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1021     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1022
1023 static u_long pmap_l2_p_failures;
1024 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1025     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1026
1027 static u_long pmap_l2_promotions;
1028 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1029     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1030
1031 /*
1032  * Invalidate a single TLB entry.
1033  */
1034 static __inline void
1035 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1036 {
1037         uint64_t r;
1038
1039         dsb(ishst);
1040         if (pmap == kernel_pmap) {
1041                 r = atop(va);
1042                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1043         } else {
1044                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1045                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1046         }
1047         dsb(ish);
1048         isb();
1049 }
1050
1051 static __inline void
1052 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1053 {
1054         uint64_t end, r, start;
1055
1056         dsb(ishst);
1057         if (pmap == kernel_pmap) {
1058                 start = atop(sva);
1059                 end = atop(eva);
1060                 for (r = start; r < end; r++)
1061                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1062         } else {
1063                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1064                 start |= atop(sva);
1065                 end |= atop(eva);
1066                 for (r = start; r < end; r++)
1067                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1068         }
1069         dsb(ish);
1070         isb();
1071 }
1072
1073 static __inline void
1074 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1075 {
1076         uint64_t r;
1077
1078         dsb(ishst);
1079         if (pmap == kernel_pmap) {
1080                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1081         } else {
1082                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1083                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1084         }
1085         dsb(ish);
1086         isb();
1087 }
1088
1089 /*
1090  *      Routine:        pmap_extract
1091  *      Function:
1092  *              Extract the physical page address associated
1093  *              with the given map/virtual_address pair.
1094  */
1095 vm_paddr_t
1096 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1097 {
1098         pt_entry_t *pte, tpte;
1099         vm_paddr_t pa;
1100         int lvl;
1101
1102         pa = 0;
1103         PMAP_LOCK(pmap);
1104         /*
1105          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1106          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1107          */
1108         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1109         if (pte != NULL) {
1110                 tpte = pmap_load(pte);
1111                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1112                 switch(lvl) {
1113                 case 1:
1114                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1115                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1116                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1117                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1118                         break;
1119                 case 2:
1120                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1121                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1122                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1123                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1124                         break;
1125                 case 3:
1126                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1127                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1128                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1129                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1130                         break;
1131                 }
1132         }
1133         PMAP_UNLOCK(pmap);
1134         return (pa);
1135 }
1136
1137 /*
1138  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1139  *      Function:
1140  *              Atomically extract and hold the physical page
1141  *              with the given pmap and virtual address pair
1142  *              if that mapping permits the given protection.
1143  */
1144 vm_page_t
1145 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1146 {
1147         pt_entry_t *pte, tpte;
1148         vm_offset_t off;
1149         vm_page_t m;
1150         int lvl;
1151
1152         m = NULL;
1153         PMAP_LOCK(pmap);
1154         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1155         if (pte != NULL) {
1156                 tpte = pmap_load(pte);
1157
1158                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1159                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1160                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1161                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1162                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1163                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1164                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1165                 if (((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ||
1166                     ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1167                         switch(lvl) {
1168                         case 1:
1169                                 off = va & L1_OFFSET;
1170                                 break;
1171                         case 2:
1172                                 off = va & L2_OFFSET;
1173                                 break;
1174                         case 3:
1175                         default:
1176                                 off = 0;
1177                         }
1178                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1179                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
1180                                 m = NULL;
1181                 }
1182         }
1183         PMAP_UNLOCK(pmap);
1184         return (m);
1185 }
1186
1187 vm_paddr_t
1188 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1189 {
1190         pt_entry_t *pte, tpte;
1191
1192         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1193                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1194         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1195         if (pte == NULL)
1196                 return (0);
1197
1198         /*
1199          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1200          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1201          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1202          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1203          */
1204         tpte = pmap_load(pte);
1205         if (tpte == 0)
1206                 return (0);
1207         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1208                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1209         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1210         tpte = pmap_load(pte);
1211         if (tpte == 0)
1212                 return (0);
1213         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1214                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1215         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1216         tpte = pmap_load(pte);
1217         if (tpte == 0)
1218                 return (0);
1219         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1220 }
1221
1222 /***************************************************
1223  * Low level mapping routines.....
1224  ***************************************************/
1225
1226 void
1227 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1228 {
1229         pd_entry_t *pde;
1230         pt_entry_t *pte, attr;
1231         vm_offset_t va;
1232         int lvl;
1233
1234         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1235            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1236         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1237            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1238         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1239             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1240
1241         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_AP(ATTR_AP_RW) | ATTR_XN | ATTR_IDX(mode) |
1242             L3_PAGE;
1243         va = sva;
1244         while (size != 0) {
1245                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1246                 KASSERT(pde != NULL,
1247                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1248                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1249
1250                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1251                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1252
1253                 va += PAGE_SIZE;
1254                 pa += PAGE_SIZE;
1255                 size -= PAGE_SIZE;
1256         }
1257         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1258 }
1259
1260 void
1261 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1262 {
1263
1264         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1265 }
1266
1267 /*
1268  * Remove a page from the kernel pagetables.
1269  */
1270 PMAP_INLINE void
1271 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1272 {
1273         pt_entry_t *pte;
1274         int lvl;
1275
1276         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1277         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1278         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1279
1280         pmap_clear(pte);
1281         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1282 }
1283
1284 void
1285 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1286 {
1287         pt_entry_t *pte;
1288         vm_offset_t va;
1289         int lvl;
1290
1291         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1292            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1293         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1294             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1295
1296         va = sva;
1297         while (size != 0) {
1298                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1299                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1300                 KASSERT(lvl == 3,
1301                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1302                 pmap_clear(pte);
1303
1304                 va += PAGE_SIZE;
1305                 size -= PAGE_SIZE;
1306         }
1307         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1308 }
1309
1310 /*
1311  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1312  *      virtual address space.
1313  *
1314  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1315  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1316  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1317  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1318  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1319  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1320  *      region.
1321  */
1322 vm_offset_t
1323 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1324 {
1325         return PHYS_TO_DMAP(start);
1326 }
1327
1328
1329 /*
1330  * Add a list of wired pages to the kva
1331  * this routine is only used for temporary
1332  * kernel mappings that do not need to have
1333  * page modification or references recorded.
1334  * Note that old mappings are simply written
1335  * over.  The page *must* be wired.
1336  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1337  */
1338 void
1339 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1340 {
1341         pd_entry_t *pde;
1342         pt_entry_t *pte, pa;
1343         vm_offset_t va;
1344         vm_page_t m;
1345         int i, lvl;
1346
1347         va = sva;
1348         for (i = 0; i < count; i++) {
1349                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1350                 KASSERT(pde != NULL,
1351                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1352                 KASSERT(lvl == 2,
1353                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1354
1355                 m = ma[i];
1356                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT | ATTR_AP(ATTR_AP_RW) |
1357                     ATTR_XN | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1358                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1359                 pmap_load_store(pte, pa);
1360
1361                 va += L3_SIZE;
1362         }
1363         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1364 }
1365
1366 /*
1367  * This routine tears out page mappings from the
1368  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1369  */
1370 void
1371 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1372 {
1373         pt_entry_t *pte;
1374         vm_offset_t va;
1375         int lvl;
1376
1377         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1378
1379         va = sva;
1380         while (count-- > 0) {
1381                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1382                 KASSERT(lvl == 3,
1383                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1384                 if (pte != NULL) {
1385                         pmap_clear(pte);
1386                 }
1387
1388                 va += PAGE_SIZE;
1389         }
1390         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1391 }
1392
1393 /***************************************************
1394  * Page table page management routines.....
1395  ***************************************************/
1396 /*
1397  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1398  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1399  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1400  */
1401 static __inline void
1402 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1403     boolean_t set_PG_ZERO)
1404 {
1405
1406         if (set_PG_ZERO)
1407                 m->flags |= PG_ZERO;
1408         else
1409                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1410         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1411 }
1412
1413 /*
1414  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1415  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1416  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1417  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1418  */
1419 static inline boolean_t
1420 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1421 {
1422
1423         --m->ref_count;
1424         if (m->ref_count == 0) {
1425                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1426                 return (TRUE);
1427         } else
1428                 return (FALSE);
1429 }
1430
1431 static void
1432 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1433 {
1434
1435         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1436         /*
1437          * unmap the page table page
1438          */
1439         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1440                 /* l1 page */
1441                 pd_entry_t *l0;
1442
1443                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1444                 pmap_clear(l0);
1445         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1446                 /* l2 page */
1447                 pd_entry_t *l1;
1448
1449                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1450                 pmap_clear(l1);
1451         } else {
1452                 /* l3 page */
1453                 pd_entry_t *l2;
1454
1455                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1456                 pmap_clear(l2);
1457         }
1458         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1459         if (m->pindex < NUL2E) {
1460                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1461                 pd_entry_t *l1, tl1;
1462                 vm_page_t l2pg;
1463
1464                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1465                 tl1 = pmap_load(l1);
1466                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1467                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1468         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1469                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1470                 pd_entry_t *l0, tl0;
1471                 vm_page_t l1pg;
1472
1473                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1474                 tl0 = pmap_load(l0);
1475                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1476                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1477         }
1478         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1479
1480         /*
1481          * Put page on a list so that it is released after
1482          * *ALL* TLB shootdown is done
1483          */
1484         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1485 }
1486
1487 /*
1488  * After removing a page table entry, this routine is used to
1489  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1490  */
1491 static int
1492 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1493     struct spglist *free)
1494 {
1495         vm_page_t mpte;
1496
1497         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1498                 return (0);
1499         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1500         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1501         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1502 }
1503
1504 /*
1505  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1506  * mapping.
1507  */
1508 static void
1509 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1510 {
1511         struct spglist free;
1512
1513         SLIST_INIT(&free);
1514         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1515                 /*
1516                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1517                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1518                  * table pages.  Invalidate those entries.
1519                  *
1520                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1521                  */
1522                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1523                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1524         }
1525 }
1526
1527 void
1528 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1529 {
1530
1531         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1532         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1533         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1534         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1535         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1536         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1537
1538         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1539 }
1540
1541 int
1542 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1543 {
1544         vm_page_t l0pt;
1545
1546         /*
1547          * allocate the l0 page
1548          */
1549         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1550             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1551                 vm_wait(NULL);
1552
1553         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1554         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1555
1556         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1557                 pagezero(pmap->pm_l0);
1558
1559         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1560         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1561         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1562         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1563         pmap_alloc_asid(pmap);
1564
1565         return (1);
1566 }
1567
1568 /*
1569  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1570  *
1571  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1572  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1573  *
1574  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1575  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1576  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1577  * race conditions.
1578  */
1579 static vm_page_t
1580 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1581 {
1582         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1583
1584         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1585
1586         /*
1587          * Allocate a page table page.
1588          */
1589         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1590             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1591                 if (lockp != NULL) {
1592                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1593                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1594                         vm_wait(NULL);
1595                         PMAP_LOCK(pmap);
1596                 }
1597
1598                 /*
1599                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1600                  * page may have been allocated.
1601                  */
1602                 return (NULL);
1603         }
1604         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1605                 pmap_zero_page(m);
1606
1607         /*
1608          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1609          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1610          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1611          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1612          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1613          * PTE within "m".
1614          */
1615         dmb(ishst);
1616
1617         /*
1618          * Map the pagetable page into the process address space, if
1619          * it isn't already there.
1620          */
1621
1622         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1623                 pd_entry_t *l0;
1624                 vm_pindex_t l0index;
1625
1626                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1627                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1628                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1629         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1630                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1631                 pd_entry_t *l0, *l1;
1632                 pd_entry_t tl0;
1633
1634                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1635                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1636
1637                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1638                 tl0 = pmap_load(l0);
1639                 if (tl0 == 0) {
1640                         /* recurse for allocating page dir */
1641                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1642                             lockp) == NULL) {
1643                                 vm_page_unwire_noq(m);
1644                                 vm_page_free_zero(m);
1645                                 return (NULL);
1646                         }
1647                 } else {
1648                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1649                         l1pg->ref_count++;
1650                 }
1651
1652                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1653                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1654                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1655         } else {
1656                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1657                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1658                 pd_entry_t tl0, tl1;
1659
1660                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1661                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1662
1663                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1664                 tl0 = pmap_load(l0);
1665                 if (tl0 == 0) {
1666                         /* recurse for allocating page dir */
1667                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1668                             lockp) == NULL) {
1669                                 vm_page_unwire_noq(m);
1670                                 vm_page_free_zero(m);
1671                                 return (NULL);
1672                         }
1673                         tl0 = pmap_load(l0);
1674                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1675                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1676                 } else {
1677                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1678                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1679                         tl1 = pmap_load(l1);
1680                         if (tl1 == 0) {
1681                                 /* recurse for allocating page dir */
1682                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1683                                     lockp) == NULL) {
1684                                         vm_page_unwire_noq(m);
1685                                         vm_page_free_zero(m);
1686                                         return (NULL);
1687                                 }
1688                         } else {
1689                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1690                                 l2pg->ref_count++;
1691                         }
1692                 }
1693
1694                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1695                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1696                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1697         }
1698
1699         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1700
1701         return (m);
1702 }
1703
1704 static pd_entry_t *
1705 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1706     struct rwlock **lockp)
1707 {
1708         pd_entry_t *l1, *l2;
1709         vm_page_t l2pg;
1710         vm_pindex_t l2pindex;
1711
1712 retry:
1713         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1714         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1715                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1716                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1717                         /* Add a reference to the L2 page. */
1718                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1719                         l2pg->ref_count++;
1720                 } else
1721                         l2pg = NULL;
1722         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1723                 /* Allocate a L2 page. */
1724                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1725                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1726                 if (l2pg == NULL) {
1727                         if (lockp != NULL)
1728                                 goto retry;
1729                         else
1730                                 return (NULL);
1731                 }
1732                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1733                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1734         } else
1735                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1736                     va);
1737         *l2pgp = l2pg;
1738         return (l2);
1739 }
1740
1741 static vm_page_t
1742 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1743 {
1744         vm_pindex_t ptepindex;
1745         pd_entry_t *pde, tpde;
1746 #ifdef INVARIANTS
1747         pt_entry_t *pte;
1748 #endif
1749         vm_page_t m;
1750         int lvl;
1751
1752         /*
1753          * Calculate pagetable page index
1754          */
1755         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1756 retry:
1757         /*
1758          * Get the page directory entry
1759          */
1760         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1761
1762         /*
1763          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1764          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1765          * table.
1766          */
1767         switch (lvl) {
1768         case -1:
1769                 break;
1770         case 0:
1771 #ifdef INVARIANTS
1772                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1773                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1774                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1775 #endif
1776                 break;
1777         case 1:
1778 #ifdef INVARIANTS
1779                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1780                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1781                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1782 #endif
1783                 break;
1784         case 2:
1785                 tpde = pmap_load(pde);
1786                 if (tpde != 0) {
1787                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1788                         m->ref_count++;
1789                         return (m);
1790                 }
1791                 break;
1792         default:
1793                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1794         }
1795
1796         /*
1797          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1798          */
1799         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1800         if (m == NULL && lockp != NULL)
1801                 goto retry;
1802
1803         return (m);
1804 }
1805
1806 /***************************************************
1807  * Pmap allocation/deallocation routines.
1808  ***************************************************/
1809
1810 /*
1811  * Release any resources held by the given physical map.
1812  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1813  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1814  */
1815 void
1816 pmap_release(pmap_t pmap)
1817 {
1818         vm_page_t m;
1819         int asid;
1820
1821         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1822             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1823             pmap->pm_stats.resident_count));
1824         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1825             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1826
1827         mtx_lock_spin(&asid_set_mutex);
1828         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == asid_epoch) {
1829                 asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
1830                 KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE && asid < asid_set_size,
1831                     ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
1832                 bit_clear(asid_set, asid);
1833         }
1834         mtx_unlock_spin(&asid_set_mutex);
1835
1836         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
1837         vm_page_unwire_noq(m);
1838         vm_page_free_zero(m);
1839 }
1840
1841 static int
1842 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1843 {
1844         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1845
1846         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1847 }
1848 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1849     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1850
1851 static int
1852 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1853 {
1854         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1855
1856         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1857 }
1858 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1859     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1860
1861 /*
1862  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1863  */
1864 void
1865 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1866 {
1867         vm_paddr_t paddr;
1868         vm_page_t nkpg;
1869         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1870
1871         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1872
1873         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1874         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1875                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1876         while (kernel_vm_end < addr) {
1877                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1878                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
1879                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
1880
1881                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
1882                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1883                         /* We need a new PDP entry */
1884                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1885                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1886                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1887                         if (nkpg == NULL)
1888                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1889                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1890                                 pmap_zero_page(nkpg);
1891                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
1892                         dmb(ishst);
1893                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1894                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
1895                         continue; /* try again */
1896                 }
1897                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1898                 if (pmap_load(l2) != 0) {
1899                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1900                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1901                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1902                                 break;
1903                         }
1904                         continue;
1905                 }
1906
1907                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1908                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1909                     VM_ALLOC_ZERO);
1910                 if (nkpg == NULL)
1911                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1912                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1913                         pmap_zero_page(nkpg);
1914                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
1915                 dmb(ishst);
1916                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1917                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
1918
1919                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1920                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1921                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1922                         break;
1923                 }
1924         }
1925 }
1926
1927
1928 /***************************************************
1929  * page management routines.
1930  ***************************************************/
1931
1932 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1933 CTASSERT(_NPCM == 3);
1934 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1935
1936 static __inline struct pv_chunk *
1937 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1938 {
1939
1940         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1941 }
1942
1943 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1944
1945 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1946 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1947 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1948
1949 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1950
1951 #if 0
1952 #ifdef PV_STATS
1953 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1954
1955 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1956         "Current number of pv entry chunks");
1957 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1958         "Current number of pv entry chunks allocated");
1959 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1960         "Current number of pv entry chunks frees");
1961 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1962         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1963
1964 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1965 static int pv_entry_spare;
1966
1967 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1968         "Current number of pv entry frees");
1969 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1970         "Current number of pv entry allocs");
1971 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1972         "Current number of pv entries");
1973 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1974         "Current number of spare pv entries");
1975 #endif
1976 #endif /* 0 */
1977
1978 /*
1979  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1980  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1981  * another pv entry chunk.
1982  *
1983  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1984  *
1985  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1986  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1987  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1988  */
1989 static vm_page_t
1990 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1991 {
1992         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
1993         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
1994         struct md_page *pvh;
1995         pd_entry_t *pde;
1996         pmap_t next_pmap, pmap;
1997         pt_entry_t *pte, tpte;
1998         pv_entry_t pv;
1999         vm_offset_t va;
2000         vm_page_t m, m_pc;
2001         struct spglist free;
2002         uint64_t inuse;
2003         int bit, field, freed, lvl;
2004         static int active_reclaims = 0;
2005
2006         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2007         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2008
2009         pmap = NULL;
2010         m_pc = NULL;
2011         SLIST_INIT(&free);
2012         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2013         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2014         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2015         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2016
2017         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2018         active_reclaims++;
2019         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2020         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2021         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2022             SLIST_EMPTY(&free)) {
2023                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2024                 if (next_pmap == NULL) {
2025                         /*
2026                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2027                          * not our marker, so active_reclaims must be
2028                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2029                          * will not rotate the pv_chunks list.
2030                          */
2031                         goto next_chunk;
2032                 }
2033                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2034
2035                 /*
2036                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2037                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2038                  * corresponding pmap is locked.
2039                  */
2040                 if (pmap != next_pmap) {
2041                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2042                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2043                         pmap = next_pmap;
2044                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2045                         if (pmap > locked_pmap) {
2046                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2047                                 PMAP_LOCK(pmap);
2048                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2049                                 continue;
2050                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2051                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2052                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2053                                         continue;
2054                                 } else {
2055                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2056                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2057                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2058                                         if (pc == NULL ||
2059                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2060                                                 continue;
2061                                         goto next_chunk;
2062                                 }
2063                         }
2064                 }
2065
2066                 /*
2067                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2068                  */
2069                 freed = 0;
2070                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2071                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2072                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2073                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2074                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2075                                 va = pv->pv_va;
2076                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2077                                 if (lvl != 2)
2078                                         continue;
2079                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2080                                 tpte = pmap_load(pte);
2081                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2082                                         continue;
2083                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2084                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2085                                 if (pmap_pte_dirty(tpte))
2086                                         vm_page_dirty(m);
2087                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2088                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2089                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2090                                 }
2091                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2092                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2093                                 m->md.pv_gen++;
2094                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2095                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2096                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2097                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2098                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2099                                                     PGA_WRITEABLE);
2100                                         }
2101                                 }
2102                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2103                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2104                                 freed++;
2105                         }
2106                 }
2107                 if (freed == 0) {
2108                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2109                         goto next_chunk;
2110                 }
2111                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2112                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2113                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2114                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2115                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2116                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2117                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2118                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2119                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2120                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2121                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2122                         /* Entire chunk is free; return it. */
2123                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2124                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2125                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2126                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2127                         break;
2128                 }
2129                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2130                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2131                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2132                 if (pmap == locked_pmap)
2133                         break;
2134
2135 next_chunk:
2136                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2137                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2138                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2139                         /*
2140                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2141                          * scan the same pv chunks that could not be
2142                          * freed (because they contained a wired
2143                          * and/or superpage mapping) on every
2144                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2145                          */
2146                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2147                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2148                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2149                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2150                         }
2151                 }
2152         }
2153         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2154         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2155         active_reclaims--;
2156         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2157         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2158                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2159         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2160                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2161                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2162                 /* Recycle a freed page table page. */
2163                 m_pc->ref_count = 1;
2164         }
2165         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2166         return (m_pc);
2167 }
2168
2169 /*
2170  * free the pv_entry back to the free list
2171  */
2172 static void
2173 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2174 {
2175         struct pv_chunk *pc;
2176         int idx, field, bit;
2177
2178         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2179         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2180         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2181         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2182         pc = pv_to_chunk(pv);
2183         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2184         field = idx / 64;
2185         bit = idx % 64;
2186         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2187         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2188             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2189                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2190                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2191                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2192                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2193                 }
2194                 return;
2195         }
2196         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2197         free_pv_chunk(pc);
2198 }
2199
2200 static void
2201 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2202 {
2203         vm_page_t m;
2204
2205         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2206         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2207         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2208         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2209         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2210         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2211         /* entire chunk is free, return it */
2212         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2213         dump_drop_page(m->phys_addr);
2214         vm_page_unwire_noq(m);
2215         vm_page_free(m);
2216 }
2217
2218 /*
2219  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2220  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2221  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2222  * returned.
2223  *
2224  * The given PV list lock may be released.
2225  */
2226 static pv_entry_t
2227 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2228 {
2229         int bit, field;
2230         pv_entry_t pv;
2231         struct pv_chunk *pc;
2232         vm_page_t m;
2233
2234         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2235         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2236 retry:
2237         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2238         if (pc != NULL) {
2239                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2240                         if (pc->pc_map[field]) {
2241                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2242                                 break;
2243                         }
2244                 }
2245                 if (field < _NPCM) {
2246                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2247                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2248                         /* If this was the last item, move it to tail */
2249                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2250                             pc->pc_map[2] == 0) {
2251                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2252                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2253                                     pc_list);
2254                         }
2255                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2256                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2257                         return (pv);
2258                 }
2259         }
2260         /* No free items, allocate another chunk */
2261         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2262             VM_ALLOC_WIRED);
2263         if (m == NULL) {
2264                 if (lockp == NULL) {
2265                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2266                         return (NULL);
2267                 }
2268                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2269                 if (m == NULL)
2270                         goto retry;
2271         }
2272         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2273         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2274         dump_add_page(m->phys_addr);
2275         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2276         pc->pc_pmap = pmap;
2277         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2278         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2279         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2280         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2281         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2282         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2283         pv = &pc->pc_pventry[0];
2284         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2285         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2286         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2287         return (pv);
2288 }
2289
2290 /*
2291  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2292  * exceeds the given count, "needed".
2293  *
2294  * The given PV list lock may be released.
2295  */
2296 static void
2297 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2298 {
2299         struct pch new_tail;
2300         struct pv_chunk *pc;
2301         vm_page_t m;
2302         int avail, free;
2303         bool reclaimed;
2304
2305         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2306         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2307
2308         /*
2309          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2310          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2311          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2312          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2313          */
2314         TAILQ_INIT(&new_tail);
2315 retry:
2316         avail = 0;
2317         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2318                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2319                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2320                 if (free == 0)
2321                         break;
2322                 avail += free;
2323                 if (avail >= needed)
2324                         break;
2325         }
2326         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2327                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2328                     VM_ALLOC_WIRED);
2329                 if (m == NULL) {
2330                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2331                         if (m == NULL)
2332                                 goto retry;
2333                         reclaimed = true;
2334                 }
2335                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2336                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2337                 dump_add_page(m->phys_addr);
2338                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2339                 pc->pc_pmap = pmap;
2340                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2341                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2342                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2343                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2344                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2345                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2346
2347                 /*
2348                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2349                  * If that chunk contained available entries, we need to
2350                  * re-count the number of available entries.
2351                  */
2352                 if (reclaimed)
2353                         goto retry;
2354         }
2355         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2356                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2357                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2358                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2359         }
2360 }
2361
2362 /*
2363  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2364  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2365  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2366  * 2MB page mappings.
2367  */
2368 static __inline pv_entry_t
2369 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2370 {
2371         pv_entry_t pv;
2372
2373         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2374                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2375                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2376                         pvh->pv_gen++;
2377                         break;
2378                 }
2379         }
2380         return (pv);
2381 }
2382
2383 /*
2384  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2385  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2386  * entries for each of the 4KB page mappings.
2387  */
2388 static void
2389 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2390     struct rwlock **lockp)
2391 {
2392         struct md_page *pvh;
2393         struct pv_chunk *pc;
2394         pv_entry_t pv;
2395         vm_offset_t va_last;
2396         vm_page_t m;
2397         int bit, field;
2398
2399         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2400         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2401             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2402         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2403             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2404         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2405
2406         /*
2407          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2408          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2409          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2410          */
2411         pvh = pa_to_pvh(pa);
2412         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2413         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2414         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2415         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2416         m->md.pv_gen++;
2417         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2418         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2419         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2420         for (;;) {
2421                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2422                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2423                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2424                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2425                         while (pc->pc_map[field]) {
2426                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2427                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2428                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2429                                 va += PAGE_SIZE;
2430                                 pv->pv_va = va;
2431                                 m++;
2432                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2433                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2434                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2435                                 m->md.pv_gen++;
2436                                 if (va == va_last)
2437                                         goto out;
2438                         }
2439                 }
2440                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2441                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2442         }
2443 out:
2444         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2445                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2446                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2447         }
2448         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2449         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2450 }
2451
2452 /*
2453  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2454  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2455  * page mappings.
2456  */
2457 static void
2458 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2459 {
2460         pv_entry_t pv;
2461
2462         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2463         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2464         free_pv_entry(pmap, pv);
2465 }
2466
2467 /*
2468  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2469  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2470  */
2471 static boolean_t
2472 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2473     struct rwlock **lockp)
2474 {
2475         pv_entry_t pv;
2476
2477         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2478         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2479         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2480                 pv->pv_va = va;
2481                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2482                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2483                 m->md.pv_gen++;
2484                 return (TRUE);
2485         } else
2486                 return (FALSE);
2487 }
2488
2489 /*
2490  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2491  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2492  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2493  */
2494 static bool
2495 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2496     struct rwlock **lockp)
2497 {
2498         struct md_page *pvh;
2499         pv_entry_t pv;
2500         vm_paddr_t pa;
2501
2502         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2503         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2504         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2505             NULL : lockp)) == NULL)
2506                 return (false);
2507         pv->pv_va = va;
2508         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2509         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2510         pvh = pa_to_pvh(pa);
2511         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2512         pvh->pv_gen++;
2513         return (true);
2514 }
2515
2516 static void
2517 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2518 {
2519         pt_entry_t newl2, oldl2;
2520         vm_page_t ml3;
2521         vm_paddr_t ml3pa;
2522
2523         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2524         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2525         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2526
2527         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2528         if (ml3 == NULL)
2529                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2530
2531         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2532         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2533
2534         /*
2535          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2536          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2537          */
2538         if (ml3->valid != 0)
2539                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2540
2541         /*
2542          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2543          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2544          */
2545         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2546         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2547             __func__, l2, oldl2));
2548 }
2549
2550 /*
2551  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2552  */
2553 static int
2554 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2555     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2556 {
2557         struct md_page *pvh;
2558         pt_entry_t old_l2;
2559         vm_offset_t eva, va;
2560         vm_page_t m, ml3;
2561
2562         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2563         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2564         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2565         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2566             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2567
2568         /*
2569          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2570          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2571          */
2572         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2573
2574         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2575                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2576         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2577         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2578                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2579                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2580                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2581                 eva = sva + L2_SIZE;
2582                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2583                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2584                         if (pmap_pte_dirty(old_l2))
2585                                 vm_page_dirty(m);
2586                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2587                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2588                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2589                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2590                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2591                 }
2592         }
2593         if (pmap == kernel_pmap) {
2594                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2595         } else {
2596                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2597                 if (ml3 != NULL) {
2598                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2599                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2600                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2601                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2602                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2603                         ml3->ref_count = 0;
2604                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2605                 }
2606         }
2607         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2608 }
2609
2610 /*
2611  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2612  */
2613 static int
2614 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2615     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2616 {
2617         struct md_page *pvh;
2618         pt_entry_t old_l3;
2619         vm_page_t m;
2620
2621         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2622         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2623         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2624         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2625                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2626         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2627         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2628                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2629                 if (pmap_pte_dirty(old_l3))
2630                         vm_page_dirty(m);
2631                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2632                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2633                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2634                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2635                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2636                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2637                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2638                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2639                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2640                 }
2641         }
2642         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2643 }
2644
2645 /*
2646  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2647  * identified by the given L2 entry.
2648  */
2649 static void
2650 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2651     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2652 {
2653         struct md_page *pvh;
2654         struct rwlock *new_lock;
2655         pt_entry_t *l3, old_l3;
2656         vm_offset_t va;
2657         vm_page_t l3pg, m;
2658
2659         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2660         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2661             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2662         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2663             NULL;
2664         va = eva;
2665         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2666                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2667                         if (va != eva) {
2668                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2669                                 va = eva;
2670                         }
2671                         continue;
2672                 }
2673                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2674                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2675                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2676                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2677                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2678                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2679                         if (pmap_pte_dirty(old_l3))
2680                                 vm_page_dirty(m);
2681                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2682                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2683                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2684                         if (new_lock != *lockp) {
2685                                 if (*lockp != NULL) {
2686                                         /*
2687                                          * Pending TLB invalidations must be
2688                                          * performed before the PV list lock is
2689                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2690                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2691                                          * could return while a stale TLB entry
2692                                          * still provides access to that page. 
2693                                          */
2694                                         if (va != eva) {
2695                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2696                                                     sva);
2697                                                 va = eva;
2698                                         }
2699                                         rw_wunlock(*lockp);
2700                                 }
2701                                 *lockp = new_lock;
2702                                 rw_wlock(*lockp);
2703                         }
2704                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2705                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2706                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2707                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2708                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2709                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2710                         }
2711                 }
2712                 if (va == eva)
2713                         va = sva;
2714                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2715                         sva += L3_SIZE;
2716                         break;
2717                 }
2718         }
2719         if (va != eva)
2720                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2721 }
2722
2723 /*
2724  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2725  *
2726  *      It is assumed that the start and end are properly
2727  *      rounded to the page size.
2728  */
2729 void
2730 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2731 {
2732         struct rwlock *lock;
2733         vm_offset_t va_next;
2734         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2735         pt_entry_t l3_paddr;
2736         struct spglist free;
2737
2738         /*
2739          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2740          */
2741         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2742                 return;
2743
2744         SLIST_INIT(&free);
2745
2746         PMAP_LOCK(pmap);
2747
2748         lock = NULL;
2749         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2750
2751                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2752                         break;
2753
2754                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2755                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2756                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2757                         if (va_next < sva)
2758                                 va_next = eva;
2759                         continue;
2760                 }
2761
2762                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2763                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2764                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2765                         if (va_next < sva)
2766                                 va_next = eva;
2767                         continue;
2768                 }
2769
2770                 /*
2771                  * Calculate index for next page table.
2772                  */
2773                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2774                 if (va_next < sva)
2775                         va_next = eva;
2776
2777                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2778                 if (l2 == NULL)
2779                         continue;
2780
2781                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2782
2783                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2784                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2785                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2786                                     &free, &lock);
2787                                 continue;
2788                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2789                             &lock) == NULL)
2790                                 continue;
2791                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2792                 }
2793
2794                 /*
2795                  * Weed out invalid mappings.
2796                  */
2797                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2798                         continue;
2799
2800                 /*
2801                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2802                  * by the current page table page, or to the end of the
2803                  * range being removed.
2804                  */
2805                 if (va_next > eva)
2806                         va_next = eva;
2807
2808                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
2809                     &lock);
2810         }
2811         if (lock != NULL)
2812                 rw_wunlock(lock);
2813         PMAP_UNLOCK(pmap);
2814         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2815 }
2816
2817 /*
2818  *      Routine:        pmap_remove_all
2819  *      Function:
2820  *              Removes this physical page from
2821  *              all physical maps in which it resides.
2822  *              Reflects back modify bits to the pager.
2823  *
2824  *      Notes:
2825  *              Original versions of this routine were very
2826  *              inefficient because they iteratively called
2827  *              pmap_remove (slow...)
2828  */
2829
2830 void
2831 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2832 {
2833         struct md_page *pvh;
2834         pv_entry_t pv;
2835         pmap_t pmap;
2836         struct rwlock *lock;
2837         pd_entry_t *pde, tpde;
2838         pt_entry_t *pte, tpte;
2839         vm_offset_t va;
2840         struct spglist free;
2841         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2842
2843         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2844             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2845         SLIST_INIT(&free);
2846         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2847         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2848             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2849 retry:
2850         rw_wlock(lock);
2851         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2852                 pmap = PV_PMAP(pv);
2853                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2854                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2855                         rw_wunlock(lock);
2856                         PMAP_LOCK(pmap);
2857                         rw_wlock(lock);
2858                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2859                                 rw_wunlock(lock);
2860                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2861                                 goto retry;
2862                         }
2863                 }
2864                 va = pv->pv_va;
2865                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2866                 KASSERT(pte != NULL,
2867                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
2868                 KASSERT(lvl == 2,
2869                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
2870
2871                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
2872                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2873         }
2874         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2875                 pmap = PV_PMAP(pv);
2876                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2877                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2878                         md_gen = m->md.pv_gen;
2879                         rw_wunlock(lock);
2880                         PMAP_LOCK(pmap);
2881                         rw_wlock(lock);
2882                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
2883                                 rw_wunlock(lock);
2884                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2885                                 goto retry;
2886                         }
2887                 }
2888                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2889
2890                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
2891                 KASSERT(pde != NULL,
2892                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
2893                 KASSERT(lvl == 2,
2894                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
2895                 tpde = pmap_load(pde);
2896
2897                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
2898                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2899                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
2900                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2901                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2902                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2903                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2904                 }
2905
2906                 /*
2907                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2908                  */
2909                 if (pmap_pte_dirty(tpte))
2910                         vm_page_dirty(m);
2911                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
2912                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2913                 m->md.pv_gen++;
2914                 free_pv_entry(pmap, pv);
2915                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2916         }
2917         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2918         rw_wunlock(lock);
2919         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2920 }
2921
2922 /*
2923  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
2924  */
2925 static void
2926 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
2927     pt_entry_t nbits)
2928 {
2929         pd_entry_t old_l2;
2930         vm_page_t m, mt;
2931
2932         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2933         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
2934             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
2935         old_l2 = pmap_load(l2);
2936         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2937             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2938
2939         /*
2940          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
2941          * in place.
2942          */
2943 retry:
2944         if ((old_l2 & mask) == nbits)
2945                 return;
2946
2947         /*
2948          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
2949          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
2950          * pages.
2951          */
2952         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
2953             (nbits & ATTR_AP(ATTR_AP_RO)) != 0 && pmap_pte_dirty(old_l2)) {
2954                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2955                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
2956                         vm_page_dirty(mt);
2957         }
2958
2959         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
2960                 goto retry;
2961
2962         /*
2963          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2964          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2965          */
2966         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2967 }
2968
2969 /*
2970  *      Set the physical protection on the
2971  *      specified range of this map as requested.
2972  */
2973 void
2974 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2975 {
2976         vm_offset_t va, va_next;
2977         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2978         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
2979
2980         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
2981         if (prot == VM_PROT_NONE) {
2982                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2983                 return;
2984         }
2985
2986         mask = nbits = 0;
2987         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2988                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
2989                 nbits |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2990         }
2991         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
2992                 mask |= ATTR_XN;
2993                 nbits |= ATTR_XN;
2994         }
2995         if (mask == 0)
2996                 return;
2997
2998         PMAP_LOCK(pmap);
2999         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3000
3001                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3002                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3003                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3004                         if (va_next < sva)
3005                                 va_next = eva;
3006                         continue;
3007                 }
3008
3009                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3010                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3011                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3012                         if (va_next < sva)
3013                                 va_next = eva;
3014                         continue;
3015                 }
3016
3017                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3018                 if (va_next < sva)
3019                         va_next = eva;
3020
3021                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3022                 if (pmap_load(l2) == 0)
3023                         continue;
3024
3025                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3026                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3027                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3028                                 continue;
3029                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3030                                 continue;
3031                 }
3032                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3033                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3034
3035                 if (va_next > eva)
3036                         va_next = eva;
3037
3038                 va = va_next;
3039                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3040                     sva += L3_SIZE) {
3041                         l3 = pmap_load(l3p);
3042 retry:
3043                         /*
3044                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3045                          * invalid or already has the desired access
3046                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3047                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3048                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3049                          * have the desired restrictions.)
3050                          */
3051                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3052                                 if (va != va_next) {
3053                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3054                                         va = va_next;
3055                                 }
3056                                 continue;
3057                         }
3058
3059                         /*
3060                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3061                          * update the page's dirty field.
3062                          */
3063                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3064                             (nbits & ATTR_AP(ATTR_AP_RO)) != 0 &&
3065                             pmap_pte_dirty(l3))
3066                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3067
3068                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3069                                 goto retry;
3070                         if (va == va_next)
3071                                 va = sva;
3072                 }
3073                 if (va != va_next)
3074                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3075         }
3076         PMAP_UNLOCK(pmap);
3077 }
3078
3079 /*
3080  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3081  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3082  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3083  * ordered by this virtual address range.
3084  *
3085  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3086  */
3087 static __inline int
3088 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3089 {
3090
3091         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3092         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3093         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3094 }
3095
3096 /*
3097  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3098  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3099  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3100  * specified virtual address.
3101  */
3102 static __inline vm_page_t
3103 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3104 {
3105
3106         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3107         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3108 }
3109
3110 /*
3111  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3112  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3113  * inconsistent state.
3114  */
3115 static void
3116 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3117     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3118 {
3119         register_t intr;
3120
3121         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3122
3123         /*
3124          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3125          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3126          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3127          */
3128         intr = intr_disable();
3129
3130         /*
3131          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3132          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3133          * lookup the physical address.
3134          */
3135         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3136         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3137
3138         /* Create the new mapping */
3139         pmap_store(pte, newpte);
3140         dsb(ishst);
3141
3142         intr_restore(intr);
3143 }
3144
3145 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3146 /*
3147  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3148  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3149  * for the 2MB page mapping.
3150  */
3151 static void
3152 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3153     struct rwlock **lockp)
3154 {
3155         struct md_page *pvh;
3156         pv_entry_t pv;
3157         vm_offset_t va_last;
3158         vm_page_t m;
3159
3160         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3161             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3162         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3163
3164         /*
3165          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3166          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3167          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3168          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3169          * mappings that is being promoted.
3170          */
3171         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3172         va = va & ~L2_OFFSET;
3173         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3174         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3175         pvh = pa_to_pvh(pa);
3176         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3177         pvh->pv_gen++;
3178         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3179         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3180         do {
3181                 m++;
3182                 va += PAGE_SIZE;
3183                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3184         } while (va < va_last);
3185 }
3186
3187 /*
3188  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3189  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3190  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3191  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3192  * identical characteristics.
3193  */
3194 static void
3195 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3196     struct rwlock **lockp)
3197 {
3198         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3199         vm_page_t mpte;
3200         vm_offset_t sva;
3201
3202         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3203
3204         sva = va & ~L2_OFFSET;
3205         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3206         newl2 = pmap_load(firstl3);
3207
3208 setl2:
3209         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3210                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3211                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3212                     " in pmap %p", va, pmap);
3213                 return;
3214         }
3215
3216         if ((newl2 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3217             (ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3218                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3219                         goto setl2;
3220                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3221         }
3222
3223         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3224         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3225                 oldl3 = pmap_load(l3);
3226 setl3:
3227                 if ((oldl3 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3228                     (ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3229                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3230                             ~ATTR_SW_DBM))
3231                                 goto setl3;
3232                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3233                 }
3234                 if (oldl3 != pa) {
3235                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3236                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3237                             " in pmap %p", va, pmap);
3238                         return;
3239                 }
3240                 pa -= PAGE_SIZE;
3241         }
3242
3243         /*
3244          * Save the page table page in its current state until the L2
3245          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3246          * destroyed by pmap_remove_l3().
3247          */
3248         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3249         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3250             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3251             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3252         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3253             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3254         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3255                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3256                 CTR2(KTR_PMAP,
3257                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3258                     pmap);
3259                 return;
3260         }
3261
3262         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3263                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3264
3265         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3266         newl2 |= L2_BLOCK;
3267
3268         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3269
3270         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3271         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3272                     pmap);
3273 }
3274 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3275
3276 /*
3277  *      Insert the given physical page (p) at
3278  *      the specified virtual address (v) in the
3279  *      target physical map with the protection requested.
3280  *
3281  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3282  *      that the related pte can not be reclaimed.
3283  *
3284  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3285  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3286  *      insert this page into the given map NOW.
3287  */
3288 int
3289 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3290     u_int flags, int8_t psind)
3291 {
3292         struct rwlock *lock;
3293         pd_entry_t *pde;
3294         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3295         pt_entry_t *l2, *l3;
3296         pv_entry_t pv;
3297         vm_paddr_t opa, pa;
3298         vm_page_t mpte, om;
3299         boolean_t nosleep;
3300         int lvl, rv;
3301
3302         va = trunc_page(va);
3303         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3304                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3305         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3306         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3307             L3_PAGE);
3308         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3309                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
3310         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3311             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3312                 new_l3 |= ATTR_XN;
3313         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3314                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3315         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3316                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
3317         else
3318                 new_l3 |= ATTR_UXN;
3319         if (pmap != kernel_pmap)
3320                 new_l3 |= ATTR_nG;
3321         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3322                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3323                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3324                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3325                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0)
3326                                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
3327                 }
3328         }
3329
3330         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3331
3332         lock = NULL;
3333         PMAP_LOCK(pmap);
3334         if (psind == 1) {
3335                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3336                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3337                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3338                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3339                     flags, m, &lock);
3340                 goto out;
3341         }
3342         mpte = NULL;
3343
3344         /*
3345          * In the case that a page table page is not
3346          * resident, we are creating it here.
3347          */
3348 retry:
3349         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3350         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3351                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3352                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3353                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3354                         mpte->ref_count++;
3355                 }
3356                 goto havel3;
3357         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3358                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3359                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3360                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3361                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3362                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3363                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3364                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3365                                 mpte->ref_count++;
3366                         }
3367                         goto havel3;
3368                 }
3369                 /* We need to allocate an L3 table. */
3370         }
3371         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3372                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3373
3374                 /*
3375                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3376                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3377                  * was created while we slept.
3378                  */
3379                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3380                     nosleep ? NULL : &lock);
3381                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3382                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3383                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3384                         goto out;
3385                 }
3386                 goto retry;
3387         } else
3388                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3389
3390 havel3:
3391         orig_l3 = pmap_load(l3);
3392         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3393         pv = NULL;
3394
3395         /*
3396          * Is the specified virtual address already mapped?
3397          */
3398         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3399                 /*
3400                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3401                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3402                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3403                  * the PT page will be also.
3404                  */
3405                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3406                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3407                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3408                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3409                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3410                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3411
3412                 /*
3413                  * Remove the extra PT page reference.
3414                  */
3415                 if (mpte != NULL) {
3416                         mpte->ref_count--;
3417                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3418                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3419                              " va: 0x%lx", va));
3420                 }
3421
3422                 /*
3423                  * Has the physical page changed?
3424                  */
3425                 if (opa == pa) {
3426                         /*
3427                          * No, might be a protection or wiring change.
3428                          */
3429                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3430                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3431                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3432                         goto validate;
3433                 }
3434
3435                 /*
3436                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3437                  * the mapping.
3438                  */
3439                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3440                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3441                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3442                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3443                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3444
3445                         /*
3446                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3447                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3448                          * pmap_ts_referenced().
3449                          */
3450                         if (pmap_pte_dirty(orig_l3))
3451                                 vm_page_dirty(om);
3452                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3453                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3454                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3455                         }
3456                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3457                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3458                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3459                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3460                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3461                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3462                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3463                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3464                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3465                 } else {
3466                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
3467                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
3468                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3469                 }
3470                 orig_l3 = 0;
3471         } else {
3472                 /*
3473                  * Increment the counters.
3474                  */
3475                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3476                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3477                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3478         }
3479         /*
3480          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3481          */
3482         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3483                 if (pv == NULL) {
3484                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3485                         pv->pv_va = va;
3486                 }
3487                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3488                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3489                 m->md.pv_gen++;
3490                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3491                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3492         }
3493
3494 validate:
3495         /*
3496          * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WRITE_BACK
3497          * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
3498          * valid for hardware table walk. If done later, then other can
3499          * access this page before caches are properly synced.
3500          * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
3501          * permission even if the memory isn't going to hold executable
3502          * code. The only time when icache sync is needed is after
3503          * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
3504          * And it's done in elf_cpu_load_file().
3505         */
3506         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3507             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3508             (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_XN)))
3509                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3510
3511         /*
3512          * Update the L3 entry
3513          */
3514         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3515                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3516                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3517                         /* same PA, different attributes */
3518                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
3519                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3520                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3521                             pmap_pte_dirty(orig_l3))
3522                                 vm_page_dirty(m);
3523                 } else {
3524                         /*
3525                          * orig_l3 == new_l3
3526                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3527                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3528                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3529                          * cycle.
3530                          * Another possible reasons are:
3531                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3532                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3533                          *   actual mapping.
3534                          */
3535                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3536                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3537                             __func__, pmap, va, new_l3);
3538                 }
3539         } else {
3540                 /* New mapping */
3541                 pmap_store(l3, new_l3);
3542                 dsb(ishst);
3543         }
3544
3545 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3546         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
3547             pmap_ps_enabled(pmap) &&
3548             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3549             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3550                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3551         }
3552 #endif
3553
3554         rv = KERN_SUCCESS;
3555 out:
3556         if (lock != NULL)
3557                 rw_wunlock(lock);
3558         PMAP_UNLOCK(pmap);
3559         return (rv);
3560 }
3561
3562 /*
3563  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3564  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3565  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3566  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3567  * PV entry.
3568  */
3569 static bool
3570 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3571     struct rwlock **lockp)
3572 {
3573         pd_entry_t new_l2;
3574
3575         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3576
3577         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3578             ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L2_BLOCK);
3579         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3580                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3581                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3582         }
3583         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3584             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3585                 new_l2 |= ATTR_XN;
3586         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3587                 new_l2 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
3588         else
3589                 new_l2 |= ATTR_UXN;
3590         if (pmap != kernel_pmap)
3591                 new_l2 |= ATTR_nG;
3592         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3593             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3594             KERN_SUCCESS);
3595 }
3596
3597 /*
3598  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
3599  * zero.
3600  */
3601 static bool
3602 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
3603 {
3604         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3605
3606         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
3607         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3608         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
3609                 if (*pte != 0)
3610                         return (false);
3611         }
3612         return (true);
3613 }
3614
3615 /*
3616  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3617  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3618  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3619  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
3620  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
3621  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3622  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3623  *
3624  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3625  */
3626 static int
3627 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
3628     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
3629 {
3630         struct spglist free;
3631         pd_entry_t *l2, old_l2;
3632         vm_page_t l2pg, mt;
3633
3634         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3635
3636         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
3637             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
3638                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3639                     va, pmap);
3640                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3641         }
3642
3643         /*
3644          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
3645          */
3646         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
3647                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
3648                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
3649                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
3650                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
3651                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
3652                         if (l2pg != NULL)
3653                                 l2pg->ref_count--;
3654                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
3655                             " in pmap %p", va, pmap);
3656                         return (KERN_FAILURE);
3657                 }
3658                 SLIST_INIT(&free);
3659                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
3660                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
3661                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
3662                 else
3663                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
3664                             &free, lockp);
3665                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3666                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3667                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3668                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3669                 } else {
3670                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3671                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
3672
3673                         /*
3674                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
3675                          * will leave the kernel page table page zero filled.
3676                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
3677                          * entry for the kernel page table page.
3678                          */
3679                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3680                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3681                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3682                         pmap_clear(l2);
3683                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3684                 }
3685         }
3686
3687         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3688                 /*
3689                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3690                  */
3691                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3692                         if (l2pg != NULL)
3693                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
3694                         CTR2(KTR_PMAP,
3695                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3696                             va, pmap);
3697                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3698                 }
3699                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3700                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3701                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3702         }
3703
3704         /*
3705          * Increment counters.
3706          */
3707         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3708                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3709         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3710
3711         /*
3712          * Map the superpage.
3713          */
3714         pmap_store(l2, new_l2);
3715         dsb(ishst);
3716
3717         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3718         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3719             va, pmap);
3720
3721         return (KERN_SUCCESS);
3722 }
3723
3724 /*
3725  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3726  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3727  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3728  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3729  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3730  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3731  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3732  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3733  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3734  * corresponding offset from m_start are mapped.
3735  */
3736 void
3737 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3738     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3739 {
3740         struct rwlock *lock;
3741         vm_offset_t va;
3742         vm_page_t m, mpte;
3743         vm_pindex_t diff, psize;
3744
3745         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3746
3747         psize = atop(end - start);
3748         mpte = NULL;
3749         m = m_start;
3750         lock = NULL;
3751         PMAP_LOCK(pmap);
3752         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3753                 va = start + ptoa(diff);
3754                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3755                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3756                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3757                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3758                 else
3759                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3760                             &lock);
3761                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3762         }
3763         if (lock != NULL)
3764                 rw_wunlock(lock);
3765         PMAP_UNLOCK(pmap);
3766 }
3767
3768 /*
3769  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3770  * 1. Current pmap & pmap exists.
3771  * 2. Not wired.
3772  * 3. Read access.
3773  * 4. No page table pages.
3774  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3775  */
3776
3777 void
3778 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3779 {
3780         struct rwlock *lock;
3781
3782         lock = NULL;
3783         PMAP_LOCK(pmap);
3784         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3785         if (lock != NULL)
3786                 rw_wunlock(lock);
3787         PMAP_UNLOCK(pmap);
3788 }
3789
3790 static vm_page_t
3791 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3792     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3793 {
3794         pd_entry_t *pde;
3795         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3796         vm_paddr_t pa;
3797         int lvl;
3798
3799         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3800             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3801             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3802         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3803
3804         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3805         /*
3806          * In the case that a page table page is not
3807          * resident, we are creating it here.
3808          */
3809         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3810                 vm_pindex_t l2pindex;
3811
3812                 /*
3813                  * Calculate pagetable page index
3814                  */
3815                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3816                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3817                         mpte->ref_count++;
3818                 } else {
3819                         /*
3820                          * Get the l2 entry
3821                          */
3822                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3823
3824                         /*
3825                          * If the page table page is mapped, we just increment
3826                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3827                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3828                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3829                          */
3830                         if (lvl == 1) {
3831                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3832                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3833                                     L2_BLOCK)
3834                                         return (NULL);
3835                         }
3836                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3837                                 mpte =
3838                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3839                                 mpte->ref_count++;
3840                         } else {
3841                                 /*
3842                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3843                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3844                                  */
3845                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3846                                 if (mpte == NULL)
3847                                         return (mpte);
3848                         }
3849                 }
3850                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3851                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3852         } else {
3853                 mpte = NULL;
3854                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3855                 KASSERT(pde != NULL,
3856                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3857                      va));
3858                 KASSERT(lvl == 2,
3859                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3860                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3861         }
3862
3863         /*
3864          * Abort if a mapping already exists.
3865          */
3866         if (pmap_load(l3) != 0) {
3867                 if (mpte != NULL)
3868                         mpte->ref_count--;
3869                 return (NULL);
3870         }
3871
3872         /*
3873          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3874          */
3875         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3876             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3877                 if (mpte != NULL)
3878                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
3879                 return (NULL);
3880         }
3881
3882         /*
3883          * Increment counters
3884          */
3885         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3886
3887         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3888         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3889             ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L3_PAGE;
3890         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3891             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3892                 l3_val |= ATTR_XN;
3893         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3894                 l3_val |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
3895         else
3896                 l3_val |= ATTR_UXN;
3897         if (pmap != kernel_pmap)
3898                 l3_val |= ATTR_nG;
3899
3900         /*
3901          * Now validate mapping with RO protection
3902          */
3903         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3904                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
3905                 l3_val &= ~ATTR_AF;
3906         }
3907
3908         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
3909         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3910             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
3911                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3912
3913         pmap_store(l3, l3_val);
3914         dsb(ishst);
3915
3916         return (mpte);
3917 }
3918
3919 /*
3920  * This code maps large physical mmap regions into the
3921  * processor address space.  Note that some shortcuts
3922  * are taken, but the code works.
3923  */
3924 void
3925 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3926     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3927 {
3928
3929         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3930         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3931             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3932 }
3933
3934 /*
3935  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3936  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3937  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3938  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3939  *
3940  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3941  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3942  */
3943 void
3944 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3945 {
3946         vm_offset_t va_next;
3947         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3948         pt_entry_t *l3;
3949
3950         PMAP_LOCK(pmap);
3951         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3952                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3953                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3954                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3955                         if (va_next < sva)
3956                                 va_next = eva;
3957                         continue;
3958                 }
3959
3960                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3961                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3962                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3963                         if (va_next < sva)
3964                                 va_next = eva;
3965                         continue;
3966                 }
3967
3968                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3969                 if (va_next < sva)
3970                         va_next = eva;
3971
3972                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3973                 if (pmap_load(l2) == 0)
3974                         continue;
3975
3976                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3977                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3978                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3979                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
3980
3981                         /*
3982                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
3983                          * demote the mapping and fall through.
3984                          */
3985                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3986                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
3987                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
3988                                     PAGE_SIZE;
3989                                 continue;
3990                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3991                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
3992                 }
3993                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3994                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
3995
3996                 if (va_next > eva)
3997                         va_next = eva;
3998                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3999                     sva += L3_SIZE) {
4000                         if (pmap_load(l3) == 0)
4001                                 continue;
4002                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4003                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4004                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4005
4006                         /*
4007                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4008                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4009                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4010                          */
4011                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4012                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4013                 }
4014         }
4015         PMAP_UNLOCK(pmap);
4016 }
4017
4018 /*
4019  *      Copy the range specified by src_addr/len
4020  *      from the source map to the range dst_addr/len
4021  *      in the destination map.
4022  *
4023  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4024  *
4025  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4026  *      it should not have to flush the instruction cache.
4027  */
4028 void
4029 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4030     vm_offset_t src_addr)
4031 {
4032         struct rwlock *lock;
4033         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4034         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4035         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4036         vm_page_t dst_l2pg, dstmpte, srcmpte;
4037
4038         if (dst_addr != src_addr)
4039                 return;
4040         end_addr = src_addr + len;
4041         lock = NULL;
4042         if (dst_pmap < src_pmap) {
4043                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4044                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4045         } else {
4046                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4047                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4048         }
4049         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4050                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4051                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4052                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4053                         if (va_next < addr)
4054                                 va_next = end_addr;
4055                         continue;
4056                 }
4057                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4058                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4059                         va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4060                         if (va_next < addr)
4061                                 va_next = end_addr;
4062                         continue;
4063                 }
4064                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4065                 if (va_next < addr)
4066                         va_next = end_addr;
4067                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4068                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4069                 if (srcptepaddr == 0)
4070                         continue;
4071                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4072                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4073                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4074                                 continue;
4075                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_l2pg, NULL);
4076                         if (l2 == NULL)
4077                                 break;
4078                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4079                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4080                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4081                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4082                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4083                                 nbits = 0;
4084                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4085                                         nbits |= ATTR_AP_RW_BIT;
4086                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4087                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4088                                     PAGE_SIZE);
4089                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4090                         } else
4091                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_l2pg);
4092                         continue;
4093                 }
4094                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4095                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4096                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4097                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4098                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4099                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4100                 if (va_next > end_addr)
4101                         va_next = end_addr;
4102                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4103                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4104                 dstmpte = NULL;
4105                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4106                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4107
4108                         /*
4109                          * We only virtual copy managed pages.
4110                          */
4111                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4112                                 continue;
4113
4114                         if (dstmpte != NULL) {
4115                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4116                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4117                                 dstmpte->ref_count++;
4118                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4119                             NULL)) == NULL)
4120                                 goto out;
4121                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4122                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4123                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4124                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4125                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4126                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4127                                 /*
4128                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4129                                  * (referenced) bits during the copy.
4130                                  */
4131                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4132                                 nbits = 0;
4133                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4134                                         nbits |= ATTR_AP_RW_BIT;
4135                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4136                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4137                         } else {
4138                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4139                                 goto out;
4140                         }
4141                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4142                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4143                                 break;
4144                 }
4145         }
4146 out:
4147         /*
4148          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4149          * not active.
4150          */
4151         dsb(ishst);
4152
4153         if (lock != NULL)
4154                 rw_wunlock(lock);
4155         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4156         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4157 }
4158
4159 /*
4160  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4161  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4162  */
4163 void
4164 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4165 {
4166         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4167
4168         pagezero((void *)va);
4169 }
4170
4171 /*
4172  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4173  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4174  *
4175  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4176  */
4177 void
4178 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4179 {
4180         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4181
4182         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4183                 pagezero((void *)va);
4184         else
4185                 bzero((char *)va + off, size);
4186 }
4187
4188 /*
4189  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4190  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4191  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4192  *      time.
4193  */
4194 void
4195 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4196 {
4197         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4198         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4199
4200         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4201 }
4202
4203 int unmapped_buf_allowed = 1;
4204
4205 void
4206 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4207     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4208 {
4209         void *a_cp, *b_cp;
4210         vm_page_t m_a, m_b;
4211         vm_paddr_t p_a, p_b;
4212         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4213         int cnt;
4214
4215         while (xfersize > 0) {
4216                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4217                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4218                 p_a = m_a->phys_addr;
4219                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4220                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4221                 p_b = m_b->phys_addr;
4222                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4223                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4224                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4225                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4226                 } else {
4227                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4228                 }
4229                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4230                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4231                 } else {
4232                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4233                 }
4234                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4235                 a_offset += cnt;
4236                 b_offset += cnt;
4237                 xfersize -= cnt;
4238         }
4239 }
4240
4241 vm_offset_t
4242 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4243 {
4244
4245         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4246 }
4247
4248 void
4249 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4250 {
4251 }
4252
4253 /*
4254  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4255  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4256  * be changed upwards or downwards in the future; it
4257  * is only necessary that true be returned for a small
4258  * subset of pmaps for proper page aging.
4259  */
4260 boolean_t
4261 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4262 {
4263         struct md_page *pvh;
4264         struct rwlock *lock;
4265         pv_entry_t pv;
4266         int loops = 0;
4267         boolean_t rv;
4268
4269         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4270             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4271         rv = FALSE;
4272         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4273         rw_rlock(lock);
4274         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4275                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4276                         rv = TRUE;
4277                         break;
4278                 }
4279                 loops++;
4280                 if (loops >= 16)
4281                         break;
4282         }
4283         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4284                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4285                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4286                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4287                                 rv = TRUE;
4288                                 break;
4289                         }
4290                         loops++;
4291                         if (loops >= 16)
4292                                 break;
4293                 }
4294         }
4295         rw_runlock(lock);
4296         return (rv);
4297 }
4298
4299 /*
4300  *      pmap_page_wired_mappings:
4301  *
4302  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4303  *      that are wired.
4304  */
4305 int
4306 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4307 {
4308         struct rwlock *lock;
4309         struct md_page *pvh;
4310         pmap_t pmap;
4311         pt_entry_t *pte;
4312         pv_entry_t pv;
4313         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4314
4315         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4316                 return (0);
4317         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4318         rw_rlock(lock);
4319 restart:
4320         count = 0;
4321         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4322                 pmap = PV_PMAP(pv);
4323                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4324                         md_gen = m->md.pv_gen;
4325                         rw_runlock(lock);
4326                         PMAP_LOCK(pmap);
4327                         rw_rlock(lock);
4328                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4329                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4330                                 goto restart;
4331                         }
4332                 }
4333                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4334                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4335                         count++;
4336                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4337         }
4338         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4339                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4340                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4341                         pmap = PV_PMAP(pv);
4342                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4343                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4344                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4345                                 rw_runlock(lock);
4346                                 PMAP_LOCK(pmap);
4347                                 rw_rlock(lock);
4348                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4349                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4350                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4351                                         goto restart;
4352                                 }
4353                         }
4354                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4355                         if (pte != NULL &&
4356                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4357                                 count++;
4358                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4359                 }
4360         }
4361         rw_runlock(lock);
4362         return (count);
4363 }
4364
4365 /*
4366  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4367  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4368  */
4369 bool
4370 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4371 {
4372         struct rwlock *lock;
4373         bool rv;
4374
4375         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4376                 return (false);
4377         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4378         rw_rlock(lock);
4379         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4380             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4381             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4382         rw_runlock(lock);
4383         return (rv);
4384 }
4385
4386 /*
4387  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4388  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4389  * caller.
4390  *
4391  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4392  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4393  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4394  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4395  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4396  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4397  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4398  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4399  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4400  * this function starts.
4401  */
4402 void
4403 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4404 {
4405         pd_entry_t *pde;
4406         pt_entry_t *pte, tpte;
4407         struct spglist free;
4408         vm_page_t m, ml3, mt;
4409         pv_entry_t pv;
4410         struct md_page *pvh;
4411         struct pv_chunk *pc, *npc;
4412         struct rwlock *lock;
4413         int64_t bit;
4414         uint64_t inuse, bitmask;
4415         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4416         vm_paddr_t pa;
4417
4418         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4419
4420         lock = NULL;
4421
4422         SLIST_INIT(&free);
4423         PMAP_LOCK(pmap);
4424         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4425                 allfree = 1;
4426                 freed = 0;
4427                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4428                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4429                         while (inuse != 0) {
4430                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4431                                 bitmask = 1UL << bit;
4432                                 idx = field * 64 + bit;
4433                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4434                                 inuse &= ~bitmask;
4435
4436                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4437                                 KASSERT(pde != NULL,
4438                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4439
4440                                 switch(lvl) {
4441                                 case 1:
4442                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4443                                         tpte = pmap_load(pte); 
4444                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4445                                             L2_BLOCK,
4446                                             ("Attempting to remove an invalid "
4447                                             "block: %lx", tpte));
4448                                         break;
4449                                 case 2:
4450                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4451                                         tpte = pmap_load(pte);
4452                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4453                                             L3_PAGE,
4454                                             ("Attempting to remove an invalid "
4455                                              "page: %lx", tpte));
4456                                         break;
4457                                 default:
4458                                         panic(
4459                                             "Invalid page directory level: %d",
4460                                             lvl);
4461                                 }
4462
4463 /*
4464  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4465  */
4466                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4467                                         allfree = 0;
4468                                         continue;
4469                                 }
4470
4471                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4472
4473                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4474                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4475                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4476                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4477                                     (uintmax_t)tpte));
4478
4479                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4480                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4481                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4482                                     (uintmax_t)tpte));
4483
4484                                 /*
4485                                  * Because this pmap is not active on other
4486                                  * processors, the dirty bit cannot have
4487                                  * changed state since we last loaded pte.
4488                                  */
4489                                 pmap_clear(pte);
4490
4491                                 /*
4492                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4493                                  */
4494                                 if (pmap_pte_dirty(tpte)) {
4495                                         switch (lvl) {
4496                                         case 1:
4497                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4498                                                         vm_page_dirty(mt);
4499                                                 break;
4500                                         case 2:
4501                                                 vm_page_dirty(m);
4502                                                 break;
4503                                         }
4504                                 }
4505
4506                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4507
4508                                 /* Mark free */
4509                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4510                                 switch (lvl) {
4511                                 case 1:
4512                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4513                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4514                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4515                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4516                                         pvh->pv_gen++;
4517                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4518                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4519                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4520                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4521                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4522                                         }
4523                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4524                                             pv->pv_va);
4525                                         if (ml3 != NULL) {
4526                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4527                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4528                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4529                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
4530                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
4531                                                 ml3->ref_count = 0;
4532                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4533                                                     &free, FALSE);
4534                                         }
4535                                         break;
4536                                 case 2:
4537                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4538                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4539                                             pv_next);
4540                                         m->md.pv_gen++;
4541                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4542                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4543                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4544                                                 pvh = pa_to_pvh(
4545                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4546                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4547                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4548                                                             PGA_WRITEABLE);
4549                                         }
4550                                         break;
4551                                 }
4552                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4553                                     &free);
4554                                 freed++;
4555                         }
4556                 }
4557                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4558                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4559                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4560                 if (allfree) {
4561                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4562                         free_pv_chunk(pc);
4563                 }
4564         }
4565         if (lock != NULL)
4566                 rw_wunlock(lock);
4567         pmap_invalidate_all(pmap);
4568         PMAP_UNLOCK(pmap);
4569         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4570 }
4571
4572 /*
4573  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
4574  */
4575 static boolean_t
4576 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4577 {
4578         struct rwlock *lock;
4579         pv_entry_t pv;
4580         struct md_page *pvh;
4581         pt_entry_t *pte, mask, value;
4582         pmap_t pmap;
4583         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4584         boolean_t rv;
4585
4586         rv = FALSE;
4587         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4588         rw_rlock(lock);
4589 restart:
4590         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4591                 pmap = PV_PMAP(pv);
4592                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4593                         md_gen = m->md.pv_gen;
4594                         rw_runlock(lock);
4595                         PMAP_LOCK(pmap);
4596                         rw_rlock(lock);
4597                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4598                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4599                                 goto restart;
4600                         }
4601                 }
4602                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4603                 KASSERT(lvl == 3,
4604                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4605                 mask = 0;
4606                 value = 0;
4607                 if (modified) {
4608                         mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
4609                         value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
4610                 }
4611                 if (accessed) {
4612                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4613                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
4614                 }
4615                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4616                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4617                 if (rv)
4618                         goto out;
4619         }
4620         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4621                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4622                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4623                         pmap = PV_PMAP(pv);
4624                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4625                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4626                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4627                                 rw_runlock(lock);
4628                                 PMAP_LOCK(pmap);
4629                                 rw_rlock(lock);
4630                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4631                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4632                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4633                                         goto restart;
4634                                 }
4635                         }
4636                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4637                         KASSERT(lvl == 2,
4638                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4639                         mask = 0;
4640                         value = 0;
4641                         if (modified) {
4642                                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
4643                                 value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
4644                         }
4645                         if (accessed) {
4646                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4647                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
4648                         }
4649                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4650                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4651                         if (rv)
4652                                 goto out;
4653                 }
4654         }
4655 out:
4656         rw_runlock(lock);
4657         return (rv);
4658 }
4659
4660 /*
4661  *      pmap_is_modified:
4662  *
4663  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4664  *      in any physical maps.
4665  */
4666 boolean_t
4667 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4668 {
4669
4670         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4671             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4672
4673         /*
4674          * If the page is not busied then this check is racy.
4675          */
4676         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4677                 return (FALSE);
4678         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
4679 }
4680
4681 /*
4682  *      pmap_is_prefaultable:
4683  *
4684  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
4685  *      for prefault.
4686  */
4687 boolean_t
4688 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4689 {
4690         pt_entry_t *pte;
4691         boolean_t rv;
4692         int lvl;
4693
4694         rv = FALSE;
4695         PMAP_LOCK(pmap);
4696         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
4697         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
4698                 rv = TRUE;
4699         }
4700         PMAP_UNLOCK(pmap);
4701         return (rv);
4702 }
4703
4704 /*
4705  *      pmap_is_referenced:
4706  *
4707  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4708  *      in any physical maps.
4709  */
4710 boolean_t
4711 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4712 {
4713
4714         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4715             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4716         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
4717 }
4718
4719 /*
4720  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4721  */
4722 void
4723 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4724 {
4725         struct md_page *pvh;
4726         pmap_t pmap;
4727         struct rwlock *lock;
4728         pv_entry_t next_pv, pv;
4729         pt_entry_t oldpte, *pte;
4730         vm_offset_t va;
4731         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4732
4733         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4734             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4735         vm_page_assert_busied(m);
4736
4737         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4738                 return;
4739         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4740         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4741             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4742 retry_pv_loop:
4743         rw_wlock(lock);
4744         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4745                 pmap = PV_PMAP(pv);
4746                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4747                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4748                         rw_wunlock(lock);
4749                         PMAP_LOCK(pmap);
4750                         rw_wlock(lock);
4751                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4752                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4753                                 rw_wunlock(lock);
4754                                 goto retry_pv_loop;
4755                         }
4756                 }
4757                 va = pv->pv_va;
4758                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4759                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
4760                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
4761                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4762                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4763                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4764                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4765         }
4766         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4767                 pmap = PV_PMAP(pv);
4768                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4769                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4770                         md_gen = m->md.pv_gen;
4771                         rw_wunlock(lock);
4772                         PMAP_LOCK(pmap);
4773                         rw_wlock(lock);
4774                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4775                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4776                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4777                                 rw_wunlock(lock);
4778                                 goto retry_pv_loop;
4779                         }
4780                 }
4781                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4782                 oldpte = pmap_load(pte);
4783 retry:
4784                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
4785                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
4786                             (oldpte | ATTR_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
4787                                 goto retry;
4788                         if ((oldpte & ATTR_AP_RW_BIT) ==
4789                             ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
4790                                 vm_page_dirty(m);
4791                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4792                 }
4793                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4794         }
4795         rw_wunlock(lock);
4796         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4797 }
4798
4799 /*
4800  *      pmap_ts_referenced:
4801  *
4802  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4803  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4804  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4805  *      reference bits set.
4806  *
4807  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4808  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4809  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4810  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4811  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4812  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4813  *      to pmap_is_modified().
4814  */
4815 int
4816 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4817 {
4818         struct md_page *pvh;
4819         pv_entry_t pv, pvf;
4820         pmap_t pmap;
4821         struct rwlock *lock;
4822         pd_entry_t *pde, tpde;
4823         pt_entry_t *pte, tpte;
4824         vm_offset_t va;
4825         vm_paddr_t pa;
4826         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
4827         struct spglist free;
4828
4829         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4830             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4831         SLIST_INIT(&free);
4832         cleared = 0;
4833         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4834         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4835         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4836         rw_wlock(lock);
4837 retry:
4838         not_cleared = 0;
4839         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4840                 goto small_mappings;
4841         pv = pvf;
4842         do {
4843                 if (pvf == NULL)
4844                         pvf = pv;
4845                 pmap = PV_PMAP(pv);
4846                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4847                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4848                         rw_wunlock(lock);
4849                         PMAP_LOCK(pmap);
4850                         rw_wlock(lock);
4851                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4852                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4853                                 goto retry;
4854                         }
4855                 }
4856                 va = pv->pv_va;
4857                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4858                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4859                 KASSERT(lvl == 1,
4860                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4861                 tpde = pmap_load(pde);
4862                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4863                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4864                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4865                 tpte = pmap_load(pte);
4866                 if (pmap_pte_dirty(tpte)) {
4867                         /*
4868                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4869                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4870                          * we only update the 4KB page under test.
4871                          */
4872                         vm_page_dirty(m);
4873                 }
4874
4875                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4876                         /*
4877                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
4878                          * it should not be cleared every time it is tested.
4879                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
4880                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
4881                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
4882                          * which testing the reference bit will result in
4883                          * clearing that reference bit.  This function is
4884                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
4885                          * for every 2MB page mapping.
4886                          *
4887                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4888                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4889                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4890                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4891                          * since the superpage is wired, the current state of
4892                          * its reference bit won't affect page replacement.
4893                          */
4894                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4895                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4896                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4897                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
4898                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4899                                 cleared++;
4900                         } else
4901                                 not_cleared++;
4902                 }
4903                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4904                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4905                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4906                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4907                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4908                         pvh->pv_gen++;
4909                 }
4910                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4911                         goto out;
4912         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4913 small_mappings:
4914         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4915                 goto out;
4916         pv = pvf;
4917         do {
4918                 if (pvf == NULL)
4919                         pvf = pv;
4920                 pmap = PV_PMAP(pv);
4921                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4922                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4923                         md_gen = m->md.pv_gen;
4924                         rw_wunlock(lock);
4925                         PMAP_LOCK(pmap);
4926                         rw_wlock(lock);
4927                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4928                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4929                                 goto retry;
4930                         }
4931                 }
4932                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4933                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4934                 KASSERT(lvl == 2,
4935                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4936                 tpde = pmap_load(pde);
4937                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4938                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4939                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4940                 tpte = pmap_load(pte);
4941                 if (pmap_pte_dirty(tpte))
4942                         vm_page_dirty(m);
4943                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4944                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4945                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
4946                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4947                                 cleared++;
4948                         } else
4949                                 not_cleared++;
4950                 }
4951                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4952                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4953                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4954                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4955                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4956                         m->md.pv_gen++;
4957                 }
4958         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4959             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4960 out:
4961         rw_wunlock(lock);
4962         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4963         return (cleared + not_cleared);
4964 }
4965
4966 /*
4967  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4968  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4969  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4970  */
4971 void
4972 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4973 {
4974         struct rwlock *lock;
4975         vm_offset_t va, va_next;
4976         vm_page_t m;
4977         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
4978         pt_entry_t *l3, oldl3;
4979
4980         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
4981                 return;
4982
4983         PMAP_LOCK(pmap);
4984         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4985                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4986                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4987                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4988                         if (va_next < sva)
4989                                 va_next = eva;
4990                         continue;
4991                 }
4992                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4993                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4994                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4995                         if (va_next < sva)
4996                                 va_next = eva;
4997                         continue;
4998                 }
4999                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5000                 if (va_next < sva)
5001                         va_next = eva;
5002                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5003                 oldl2 = pmap_load(l2);
5004                 if (oldl2 == 0)
5005                         continue;
5006                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5007                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5008                                 continue;
5009                         lock = NULL;
5010                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5011                                 if (lock != NULL)
5012                                         rw_wunlock(lock);
5013
5014                                 /*
5015                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5016                                  */
5017                                 continue;
5018                         }
5019
5020                         /*
5021                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5022                          * mapping to a single page so that a subsequent
5023                          * access may repromote.  Choosing the last page
5024                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5025                          * generally results in more repromotions.  Since the
5026                          * underlying page table page is fully populated, this
5027                          * removal never frees a page table page.
5028                          */
5029                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5030                                 va = eva;
5031                                 if (va > va_next)
5032                                         va = va_next;
5033                                 va -= PAGE_SIZE;
5034                                 KASSERT(va >= sva,
5035                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5036                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5037                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5038                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5039                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5040                                     NULL, &lock);
5041                         }
5042                         if (lock != NULL)
5043                                 rw_wunlock(lock);
5044                 }
5045                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5046                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5047                 if (va_next > eva)
5048                         va_next = eva;
5049                 va = va_next;
5050                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5051                     sva += L3_SIZE) {
5052                         oldl3 = pmap_load(l3);
5053                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5054                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5055                                 goto maybe_invlrng;
5056                         else if (pmap_pte_dirty(oldl3)) {
5057                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5058                                         /*
5059                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5060                                          * can be avoided by making the page
5061                                          * dirty now.
5062                                          */
5063                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5064                                         vm_page_dirty(m);
5065                                 }
5066                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5067                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
5068                                         cpu_spinwait();
5069                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5070                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5071                         else
5072                                 goto maybe_invlrng;
5073                         if (va == va_next)
5074                                 va = sva;
5075                         continue;
5076 maybe_invlrng:
5077                         if (va != va_next) {
5078                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5079                                 va = va_next;
5080                         }
5081                 }
5082                 if (va != va_next)
5083                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5084         }
5085         PMAP_UNLOCK(pmap);
5086 }
5087
5088 /*
5089  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5090  */
5091 void
5092 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5093 {
5094         struct md_page *pvh;
5095         struct rwlock *lock;
5096         pmap_t pmap;
5097         pv_entry_t next_pv, pv;
5098         pd_entry_t *l2, oldl2;
5099         pt_entry_t *l3, oldl3;
5100         vm_offset_t va;
5101         int md_gen, pvh_gen;
5102
5103         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5104             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5105         vm_page_assert_busied(m);
5106
5107         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5108                 return;
5109         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5110             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5111         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5112         rw_wlock(lock);
5113 restart:
5114         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5115                 pmap = PV_PMAP(pv);
5116                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5117                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5118                         rw_wunlock(lock);
5119                         PMAP_LOCK(pmap);
5120                         rw_wlock(lock);
5121                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5122                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5123                                 goto restart;
5124                         }
5125                 }
5126                 va = pv->pv_va;
5127                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5128                 oldl2 = pmap_load(l2);
5129                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5130                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5131                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5132                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5133                         /*
5134                          * Write protect the mapping to a single page so that
5135                          * a subsequent write access may repromote.
5136                          */
5137                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5138                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5139                         oldl3 = pmap_load(l3);
5140                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5141                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
5142                                 cpu_spinwait();
5143                         vm_page_dirty(m);
5144                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5145                 }
5146                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5147         }
5148         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5149                 pmap = PV_PMAP(pv);
5150                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5151                         md_gen = m->md.pv_gen;
5152                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5153                         rw_wunlock(lock);
5154                         PMAP_LOCK(pmap);
5155                         rw_wlock(lock);
5156                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5157                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5158                                 goto restart;
5159                         }
5160                 }
5161                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5162                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5163                 oldl3 = pmap_load(l3);
5164                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5165                     (oldl3 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM) {
5166                         pmap_set_bits(l3, ATTR_AP(ATTR_AP_RO));
5167                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5168                 }
5169                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5170         }
5171         rw_wunlock(lock);
5172 }
5173
5174 void *
5175 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5176 {
5177         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5178         vm_offset_t va, offset;
5179         pd_entry_t *pde;
5180         pt_entry_t *l2;
5181         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5182
5183         if (!vm_initialized) {
5184                 /*
5185                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5186                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5187                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5188                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5189                  */
5190                  if (size == 0)
5191                          return (NULL);
5192
5193                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5194                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5195                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5196
5197                 offset = pa & L2_OFFSET;
5198
5199                 if (preinit_map_va == 0)
5200                         return (NULL);
5201
5202                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5203
5204                 free_l2_count = 0;
5205                 start_idx = -1;
5206                 /* Find enough free contiguous VA space */
5207                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5208                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5209                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5210                                 /* Not enough space here */
5211                                 free_l2_count = 0;
5212                                 start_idx = -1;
5213                                 continue;
5214                         }
5215
5216                         if (ppim->pa == 0) {
5217                                 /* Free L2 block */
5218                                 if (start_idx == -1)
5219                                         start_idx = i;
5220                                 free_l2_count++;
5221                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5222                                         break;
5223                         }
5224                 }
5225                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5226                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5227
5228                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5229                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5230                         /* Mark entries as allocated */
5231                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5232                         ppim->pa = pa;
5233                         ppim->va = va + offset;
5234                         ppim->size = size;
5235                 }
5236
5237                 /* Map L2 blocks */
5238                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5239                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5240                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5241                         KASSERT(pde != NULL,
5242                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5243                             va));
5244                         KASSERT(lvl == 1,
5245                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5246
5247                         /* Insert L2_BLOCK */
5248                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5249                         pmap_load_store(l2,
5250                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
5251                             ATTR_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5252
5253                         va += L2_SIZE;
5254                         pa += L2_SIZE;
5255                 }
5256                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5257
5258                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5259
5260         } else {
5261                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5262                 offset = pa & PAGE_MASK;
5263                 size = round_page(offset + size);
5264
5265                 va = kva_alloc(size);
5266                 if (va == 0)
5267                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5268
5269                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5270                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5271
5272                 /* L3 table is linked */
5273                 va = trunc_page(va);
5274                 pa = trunc_page(pa);
5275                 pmap_kenter(va, size, pa, VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5276         }
5277
5278         return ((void *)(va + offset));
5279 }
5280
5281 void
5282 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5283 {
5284         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5285         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5286         pd_entry_t *pde;
5287         pt_entry_t *l2;
5288         int i, lvl, l2_blocks, block;
5289         bool preinit_map;
5290
5291         l2_blocks =
5292            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5293         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5294
5295         /* Remove preinit mapping */
5296         preinit_map = false;
5297         block = 0;
5298         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5299                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5300                 if (ppim->va == va) {
5301                         KASSERT(ppim->size == size,
5302                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5303                         ppim->va = 0;
5304                         ppim->pa = 0;
5305                         ppim->size = 0;
5306                         preinit_map = true;
5307                         offset = block * L2_SIZE;
5308                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5309
5310                         /* Remove L2_BLOCK */
5311                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5312                         KASSERT(pde != NULL,
5313                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5314                             va_trunc));
5315                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5316                         pmap_clear(l2);
5317
5318                         if (block == (l2_blocks - 1))
5319                                 break;
5320                         block++;
5321                 }
5322         }
5323         if (preinit_map) {
5324                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5325                 return;
5326         }
5327
5328         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5329         if (vm_initialized) {
5330                 offset = va & PAGE_MASK;
5331                 size = round_page(offset + size);
5332                 va = trunc_page(va);
5333
5334                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5335                 KASSERT(pde != NULL,
5336                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5337                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5338
5339                 /* Unmap and invalidate the pages */
5340                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5341                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5342
5343                 kva_free(va, size);
5344         }
5345 }
5346
5347 /*
5348  * Sets the memory attribute for the specified page.
5349  */
5350 void
5351 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5352 {
5353
5354         m->md.pv_memattr = ma;
5355
5356         /*
5357          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5358          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5359          * required for data coherence.
5360          */
5361         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5362             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5363             m->md.pv_memattr) != 0)
5364                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5365 }
5366
5367 /*
5368  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5369  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5370  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5371  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5372  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5373  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5374  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5375  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5376  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5377  * same physical page have different memory types.
5378  *
5379  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5380  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5381  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5382  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5383  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5384  * virtual address range or the direct map.
5385  */
5386 int
5387 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5388 {
5389         int error;
5390
5391         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5392         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5393         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5394         return (error);
5395 }
5396
5397 static int
5398 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5399 {
5400         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5401         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5402         int lvl;
5403
5404         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5405         base = trunc_page(va);
5406         offset = va & PAGE_MASK;
5407         size = round_page(offset + size);
5408
5409         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
5410             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
5411                 return (EINVAL);
5412
5413         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5414                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5415                 if (pte == NULL)
5416                         return (EINVAL);
5417
5418                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_IDX_MASK) == ATTR_IDX(mode)) {
5419                         /*
5420                          * We already have the correct attribute,
5421                          * ignore this entry.
5422                          */
5423                         switch (lvl) {
5424                         default:
5425                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5426                         case 1:
5427                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5428                                 break;
5429                         case 2:
5430                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5431                                 break;
5432                         case 3:
5433                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5434                                 break;
5435                         }
5436                 } else {
5437                         /*
5438                          * Split the entry to an level 3 table, then
5439                          * set the new attribute.
5440                          */
5441                         switch (lvl) {
5442                         default:
5443                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5444                         case 1:
5445                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5446                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5447                                 if (newpte == NULL)
5448                                         return (EINVAL);
5449                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5450                         case 2:
5451                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5452                                     tmpva);
5453                                 if (newpte == NULL)
5454                                         return (EINVAL);
5455                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5456                         case 3:
5457                                 /* Update the entry */
5458                                 l3 = pmap_load(pte);
5459                                 l3 &= ~ATTR_IDX_MASK;
5460                                 l3 |= ATTR_IDX(mode);
5461                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
5462                                         l3 |= ATTR_XN;
5463
5464                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5465                                     PAGE_SIZE);
5466
5467                                 /*
5468                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5469                                  * the cache.
5470                                  */
5471                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5472                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5473
5474                                 break;
5475                         }
5476                         tmpva += PAGE_SIZE;
5477                 }
5478         }
5479
5480         return (0);
5481 }
5482
5483 /*
5484  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5485  */
5486 static pt_entry_t *
5487 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5488 {
5489         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5490         vm_offset_t tmpl1;
5491         vm_paddr_t l2phys, phys;
5492         vm_page_t ml2;
5493         int i;
5494
5495         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5496         oldl1 = pmap_load(l1);
5497         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5498             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5499         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5500             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5501         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5502             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5503
5504         tmpl1 = 0;
5505         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5506                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5507                 if (tmpl1 == 0)
5508                         return (NULL);
5509         }
5510
5511         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5512             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5513                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5514                     " in pmap %p", va, pmap);
5515                 return (NULL);
5516         }
5517
5518         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5519         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5520
5521         /* Address the range points at */
5522         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5523         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5524         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5525
5526         /* Create the new entries */
5527         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5528                 l2[i] = newl2 | phys;
5529                 phys += L2_SIZE;
5530         }
5531         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5532             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5533             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5534
5535         if (tmpl1 != 0) {
5536                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5537                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
5538                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5539                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5540         }
5541
5542         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5543
5544         if (tmpl1 != 0) {
5545                 pmap_kremove(tmpl1);
5546                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5547         }
5548
5549         return (l2);
5550 }
5551
5552 static void
5553 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5554 {
5555         pt_entry_t *l3;
5556
5557         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5558                 *l3 = newl3;
5559                 newl3 += L3_SIZE;
5560         }
5561 }
5562
5563 static void
5564 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
5565     struct rwlock **lockp)
5566 {
5567         struct spglist free;
5568
5569         SLIST_INIT(&free);
5570         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
5571             lockp);
5572         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5573 }
5574
5575 /*
5576  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
5577  */
5578 static pt_entry_t *
5579 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
5580     struct rwlock **lockp)
5581 {
5582         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
5583         vm_offset_t tmpl2;
5584         vm_paddr_t l3phys;
5585         vm_page_t ml3;
5586
5587         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5588         l3 = NULL;
5589         oldl2 = pmap_load(l2);
5590         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
5591             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
5592         va &= ~L2_OFFSET;
5593
5594         tmpl2 = 0;
5595         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
5596                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5597                 if (tmpl2 == 0)
5598                         return (NULL);
5599         }
5600
5601         /*
5602          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5603          * mapping was never accessed.
5604          */
5605         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
5606                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5607                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
5608                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5609                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
5610                     va, pmap);
5611                 goto fail;
5612         }
5613
5614         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
5615                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5616                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
5617                     " is missing"));
5618
5619                 /*
5620                  * If the page table page is missing and the mapping
5621                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5622                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5623                  * for every other part of the kernel address space,
5624                  * so the direct map region is the only part of the
5625                  * kernel address space that must be handled here.
5626                  */
5627                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
5628                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
5629
5630                 /*
5631                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5632                  * region of the kernel's address space, then the page
5633                  * allocation request specifies the highest possible
5634                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5635                  * priority is normal.
5636                  */
5637                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
5638                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5639                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5640
5641                 /*
5642                  * If the allocation of the new page table page fails,
5643                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5644                  */
5645                 if (ml3 == NULL) {
5646                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5647                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
5648                             " in pmap %p", va, pmap);
5649                         goto fail;
5650                 }
5651
5652                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5653                         ml3->ref_count = NL3PG;
5654                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5655                 }
5656         }
5657         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
5658         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
5659         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
5660         KASSERT((oldl2 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
5661             (ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
5662             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
5663
5664         /*
5665          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5666          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
5667          *
5668          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
5669          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
5670          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
5671          */
5672         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
5673                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
5674
5675         /*
5676          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
5677          */
5678         if (tmpl2 != 0) {
5679                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
5680                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
5681                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5682                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
5683         }
5684
5685         /*
5686          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5687          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5688          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
5689          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5690          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
5691          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5692          */
5693         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5694                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
5695
5696         /*
5697          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
5698          * the 2MB page mapping.
5699          */
5700         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5701
5702         /*
5703          * Demote the PV entry.
5704          */
5705         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5706                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
5707
5708         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
5709         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
5710             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
5711
5712 fail:
5713         if (tmpl2 != 0) {
5714                 pmap_kremove(tmpl2);
5715                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
5716         }
5717
5718         return (l3);
5719
5720 }
5721
5722 static pt_entry_t *
5723 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
5724 {
5725         struct rwlock *lock;
5726         pt_entry_t *l3;
5727
5728         lock = NULL;
5729         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
5730         if (lock != NULL)
5731                 rw_wunlock(lock);
5732         return (l3);
5733 }
5734
5735 /*
5736  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5737  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5738  * find other mappings.
5739  */
5740 int
5741 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5742 {
5743         pt_entry_t *pte, tpte;
5744         vm_paddr_t mask, pa;
5745         int lvl, val;
5746         bool managed;
5747
5748         PMAP_LOCK(pmap);
5749         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5750         if (pte != NULL) {
5751                 tpte = pmap_load(pte);
5752
5753                 switch (lvl) {
5754                 case 3:
5755                         mask = L3_OFFSET;
5756                         break;
5757                 case 2:
5758                         mask = L2_OFFSET;
5759                         break;
5760                 case 1:
5761                         mask = L1_OFFSET;
5762                         break;
5763                 default:
5764                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
5765                 }
5766
5767                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
5768                 val = MINCORE_INCORE;
5769                 if (lvl != 3)
5770                         val |= MINCORE_SUPER;
5771                 if ((managed && pmap_pte_dirty(tpte)) || (!managed &&
5772                     (tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)))
5773                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5774                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
5775                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5776
5777                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
5778         } else {
5779                 managed = false;
5780                 val = 0;
5781         }
5782
5783         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5784             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
5785                 *pap = pa;
5786         }
5787         PMAP_UNLOCK(pmap);
5788         return (val);
5789 }
5790
5791 /*
5792  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
5793  * reserved.
5794  */
5795 static void
5796 pmap_reset_asid_set(void)
5797 {
5798         pmap_t pmap;
5799         int asid, cpuid, epoch;
5800
5801         mtx_assert(&asid_set_mutex, MA_OWNED);
5802
5803         /*
5804          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
5805          * loads from pc_curpmap are performed.
5806          */
5807         epoch = asid_epoch + 1;
5808         if (epoch == INT_MAX)
5809                 epoch = 0;
5810         asid_epoch = epoch;
5811         dsb(ishst);
5812         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
5813         dsb(ish);
5814         bit_nclear(asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE, asid_set_size - 1);
5815         CPU_FOREACH(cpuid) {
5816                 if (cpuid == curcpu)
5817                         continue;
5818                 pmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
5819                 asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
5820                 if (asid == -1)
5821                         continue;
5822                 bit_set(asid_set, asid);
5823                 pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
5824         }
5825 }
5826
5827 /*
5828  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
5829  */
5830 static void
5831 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
5832 {
5833         int new_asid;
5834
5835         mtx_lock_spin(&asid_set_mutex);
5836
5837         /*
5838          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
5839          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
5840          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
5841          * don't need to allocate a new ASID.
5842          */
5843         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == asid_epoch)
5844                 goto out;
5845
5846         bit_ffc_at(asid_set, asid_next, asid_set_size, &new_asid);
5847         if (new_asid == -1) {
5848                 bit_ffc_at(asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE, asid_next,
5849                     &new_asid);
5850                 if (new_asid == -1) {
5851                         pmap_reset_asid_set();
5852                         bit_ffc_at(asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
5853                             asid_set_size, &new_asid);
5854                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
5855                 }
5856         }
5857         bit_set(asid_set, new_asid);
5858         asid_next = new_asid + 1;
5859         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, asid_epoch);
5860 out:
5861         mtx_unlock_spin(&asid_set_mutex);
5862 }
5863
5864 /*
5865  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
5866  * pmap.  This value may change from time to time.
5867  */
5868 uint64_t
5869 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
5870 {
5871
5872         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
5873             pmap->pm_l0_paddr);
5874 }
5875
5876 static bool
5877 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
5878 {
5879         int epoch;
5880
5881         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
5882         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
5883         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
5884                 /*
5885                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
5886                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
5887                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
5888                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
5889                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
5890                  * instructions performed on the old processor have completed.
5891                  */
5892                 dsb(ish);
5893                 return (false);
5894         }
5895
5896         /*
5897          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
5898          * load from asid_epoch is performed.
5899          */
5900         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5901         dsb(ish);
5902         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
5903         if (epoch >= 0 && epoch != asid_epoch)
5904                 pmap_alloc_asid(pmap);
5905
5906         set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
5907         if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
5908                 invalidate_local_icache();
5909         return (true);
5910 }
5911
5912 void
5913 pmap_activate(struct thread *td)
5914 {
5915         pmap_t  pmap;
5916
5917         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5918         critical_enter();
5919         (void)pmap_activate_int(pmap);
5920         critical_exit();
5921 }
5922
5923 /*
5924  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
5925  * to cpu_switch().
5926  */
5927 struct pcb *
5928 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
5929 {
5930         pcpu_bp_harden bp_harden;
5931         struct pcb *pcb;
5932
5933         /* Store the new curthread */
5934         PCPU_SET(curthread, new);
5935
5936         /* And the new pcb */
5937         pcb = new->td_pcb;
5938         PCPU_SET(curpcb, pcb);
5939
5940         /*
5941          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
5942          * to a user process.
5943          */
5944
5945         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
5946                 /*
5947                  * Stop userspace from training the branch predictor against
5948                  * other processes. This will call into a CPU specific
5949                  * function that clears the branch predictor state.
5950                  */
5951                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
5952                 if (bp_harden != NULL)
5953                         bp_harden();
5954         }
5955
5956         return (pcb);
5957 }
5958
5959 void
5960 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5961 {
5962
5963         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5964                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
5965         } else {
5966                 u_int len, offset;
5967                 vm_paddr_t pa;
5968
5969                 /* Find the length of data in this page to flush */
5970                 offset = va & PAGE_MASK;
5971                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
5972
5973                 while (sz != 0) {
5974                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
5975                         pa = pmap_extract(pmap, va);
5976                         if (pa != 0)
5977                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
5978
5979                         /* Move to the next page */
5980                         sz -= len;
5981                         va += len;
5982                         /* Set the length for the next iteration */
5983                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
5984                 }
5985         }
5986 }
5987
5988 int
5989 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
5990 {
5991         pt_entry_t pte, *ptep;
5992         register_t intr;
5993         uint64_t ec, par;
5994         int lvl, rv;
5995
5996         rv = KERN_FAILURE;
5997
5998         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
5999         switch (ec) {
6000         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6001         case EXCP_INSN_ABORT:
6002         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6003         case EXCP_DATA_ABORT:
6004                 break;
6005         default:
6006                 return (rv);
6007         }
6008
6009         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6010         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6011         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6012         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6013         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6014                 PMAP_LOCK(pmap);
6015                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6016                 if (ptep != NULL) {
6017                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6018                         rv = KERN_SUCCESS;
6019                         /*
6020                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6021                          * dirty if this is a write fault.
6022                          */
6023                 }
6024                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6025                 break;
6026         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6027         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6028         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6029                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6030                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6031                         return (rv);
6032                 PMAP_LOCK(pmap);
6033                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6034                 if (ptep != NULL &&
6035                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6036                         if ((pte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RO)) {
6037                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_AP_RW_BIT);
6038                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6039                         }
6040                         rv = KERN_SUCCESS;
6041                 }
6042                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6043                 break;
6044         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6045         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6046         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6047         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6048                 /*
6049                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6050                  * produce a transient fault.
6051                  */
6052                 if (pmap == kernel_pmap) {
6053                         /*
6054                          * The translation fault may have occurred within a
6055                          * critical section.  Therefore, we must check the
6056                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6057                          */
6058                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6059                                 rv = KERN_SUCCESS;
6060                 } else {
6061                         PMAP_LOCK(pmap);
6062                         /* Ask the MMU to check the address. */
6063                         intr = intr_disable();
6064                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6065                         intr_restore(intr);
6066                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6067
6068                         /*
6069                          * If the translation was successful, then we can
6070                          * return success to the trap handler.
6071                          */
6072                         if (PAR_SUCCESS(par))
6073                                 rv = KERN_SUCCESS;
6074                 }
6075                 break;
6076         }
6077
6078         return (rv);
6079 }
6080
6081 /*
6082  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6083  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6084  */
6085 void
6086 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6087     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6088 {
6089         vm_offset_t superpage_offset;
6090
6091         if (size < L2_SIZE)
6092                 return;
6093         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6094                 offset += ptoa(object->pg_color);
6095         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6096         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6097             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6098                 return;
6099         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6100                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6101         else
6102                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6103 }
6104
6105 /**
6106  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6107  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6108  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6109  *
6110  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6111  *                    address on the kernel memory map.
6112  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6113  *                    of the pages passed in the page parameter.
6114  * \param count       Number of pages passed in.
6115  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6116  *                    page faults, FALSE otherwise.
6117  *
6118  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6119  *          finished or FALSE otherwise.
6120  *
6121  */
6122 boolean_t
6123 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6124     boolean_t can_fault)
6125 {
6126         vm_paddr_t paddr;
6127         boolean_t needs_mapping;
6128         int error, i;
6129
6130         /*
6131          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6132          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6133          */
6134         needs_mapping = FALSE;
6135         for (i = 0; i < count; i++) {
6136                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6137                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6138                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6139                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6140                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6141                         needs_mapping = TRUE;
6142                 } else {
6143                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6144                 }
6145         }
6146
6147         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6148         if (!needs_mapping)
6149                 return (FALSE);
6150
6151         if (!can_fault)
6152                 sched_pin();
6153         for (i = 0; i < count; i++) {
6154                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6155                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6156                         panic(
6157                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6158                 }
6159         }
6160
6161         return (needs_mapping);
6162 }
6163
6164 void
6165 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6166     boolean_t can_fault)
6167 {
6168         vm_paddr_t paddr;
6169         int i;
6170
6171         if (!can_fault)
6172                 sched_unpin();
6173         for (i = 0; i < count; i++) {
6174                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6175                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6176                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6177                 }
6178         }
6179 }
6180
6181 boolean_t
6182 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6183 {
6184
6185         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6186 }
6187
6188 /*
6189  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6190  * in various mapping attributes.
6191  */
6192 struct pmap_kernel_map_range {
6193         vm_offset_t sva;
6194         pt_entry_t attrs;
6195         int l3pages;
6196         int l3contig;
6197         int l2blocks;
6198         int l1blocks;
6199 };
6200
6201 static void
6202 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6203     vm_offset_t eva)
6204 {
6205         const char *mode;
6206         int index;
6207
6208         if (eva <= range->sva)
6209                 return;
6210
6211         index = range->attrs & ATTR_IDX_MASK;
6212         switch (index) {
6213         case ATTR_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6214                 mode = "DEV";
6215                 break;
6216         case ATTR_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6217                 mode = "UC";
6218                 break;
6219         case ATTR_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6220                 mode = "WB";
6221                 break;
6222         case ATTR_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6223                 mode = "WT";
6224                 break;
6225         default:
6226                 printf(
6227                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6228                     __func__, index, range->sva, eva);
6229                 mode = "??";
6230                 break;
6231         }
6232
6233         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6234             range->sva, eva,
6235             (range->attrs & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP_RW ? 'w' : '-',
6236             (range->attrs & ATTR_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6237             (range->attrs & ATTR_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6238             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6239             range->l3pages);
6240
6241         /* Reset to sentinel value. */
6242         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6243 }
6244
6245 /*
6246  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6247  * being tracked by the current range.
6248  */
6249 static bool
6250 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6251 {
6252
6253         return (range->attrs == attrs);
6254 }
6255
6256 static void
6257 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6258     pt_entry_t attrs)
6259 {
6260
6261         memset(range, 0, sizeof(*range));
6262         range->sva = va;
6263         range->attrs = attrs;
6264 }
6265
6266 /*
6267  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6268  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6269  * begin a new run.
6270  */
6271 static void
6272 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6273     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
6274     pt_entry_t l3e)
6275 {
6276         pt_entry_t attrs;
6277
6278         attrs = l0e & (ATTR_AP_MASK | ATTR_XN);
6279         attrs |= l1e & (ATTR_AP_MASK | ATTR_XN);
6280         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
6281                 attrs |= l1e & ATTR_IDX_MASK;
6282         attrs |= l2e & (ATTR_AP_MASK | ATTR_XN);
6283         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
6284                 attrs |= l2e & ATTR_IDX_MASK;
6285         attrs |= l3e & (ATTR_AP_MASK | ATTR_XN | ATTR_IDX_MASK);
6286
6287         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6288                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6289                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6290         }
6291 }
6292
6293 static int
6294 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6295 {
6296         struct pmap_kernel_map_range range;
6297         struct sbuf sbuf, *sb;
6298         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
6299         pt_entry_t *l3, l3e;
6300         vm_offset_t sva;
6301         vm_paddr_t pa;
6302         int error, i, j, k, l;
6303
6304         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6305         if (error != 0)
6306                 return (error);
6307         sb = &sbuf;
6308         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6309
6310         /* Sentinel value. */
6311         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
6312
6313         /*
6314          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
6315          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
6316          * observe inconsistencies in the output.
6317          */
6318         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
6319             i++) {
6320                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
6321                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
6322                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
6323                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
6324
6325                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
6326                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6327                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6328                         sva += L0_SIZE;
6329                         continue;
6330                 }
6331                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
6332                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6333
6334                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
6335                         l1e = l1[j];
6336                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6337                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6338                                 sva += L1_SIZE;
6339                                 continue;
6340                         }
6341                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6342                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
6343                                     0, 0);
6344                                 range.l1blocks++;
6345                                 sva += L1_SIZE;
6346                                 continue;
6347                         }
6348                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
6349                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6350
6351                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
6352                                 l2e = l2[k];
6353                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6354                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6355                                         sva += L2_SIZE;
6356                                         continue;
6357                                 }
6358                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6359                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6360                                             l0e, l1e, l2e, 0);
6361                                         range.l2blocks++;
6362                                         sva += L2_SIZE;
6363                                         continue;
6364                                 }
6365                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
6366                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6367
6368                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
6369                                     l++, sva += L3_SIZE) {
6370                                         l3e = l3[l];
6371                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6372                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
6373                                                     sva);
6374                                                 continue;
6375                                         }
6376                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6377                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
6378                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
6379                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
6380                                                     1 : 0;
6381                                         else
6382                                                 range.l3pages++;
6383                                 }
6384                         }
6385                 }
6386         }
6387
6388         error = sbuf_finish(sb);
6389         sbuf_delete(sb);
6390         return (error);
6391 }
6392 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
6393     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
6394     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
6395     "Dump kernel address layout");