]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
MFV r365636: libarchive: import fix for WARNS=6 builds in testing bits
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/uma.h>
147
148 #include <machine/machdep.h>
149 #include <machine/md_var.h>
150 #include <machine/pcb.h>
151
152 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
154
155 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
156 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
159
160 #define NUL0E           L0_ENTRIES
161 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
162 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
182
183 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
184
185 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
186                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
187
188 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
189         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
190         struct rwlock *_new_lock;                       \
191                                                         \
192         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
193         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
194                 if (*_lockp != NULL)                    \
195                         rw_wunlock(*_lockp);            \
196                 *_lockp = _new_lock;                    \
197                 rw_wlock(*_lockp);                      \
198         }                                               \
199 } while (0)
200
201 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
202                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
203
204 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
205         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
206                                                         \
207         if (*_lockp != NULL) {                          \
208                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
209                 *_lockp = NULL;                         \
210         }                                               \
211 } while (0)
212
213 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
214                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
215
216 /*
217  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
218  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
219  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
220  *
221  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
222  * as a software managed bit.
223  */
224 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
225
226 struct pmap kernel_pmap_store;
227
228 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
229 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
230 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
231 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
232 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
233
234 /*
235  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
236  * Always map entire L2 block for simplicity.
237  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
238  */
239 static struct pmap_preinit_mapping {
240         vm_paddr_t      pa;
241         vm_offset_t     va;
242         vm_size_t       size;
243 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
244
245 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
246 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
247 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
248
249 /*
250  * Data for the pv entry allocation mechanism.
251  */
252 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
253 static struct mtx pv_chunks_mutex;
254 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
255 static struct md_page *pv_table;
256 static struct md_page pv_dummy;
257
258 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
259 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
260 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
261
262 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
263 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
264 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
265
266 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
267 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
268
269 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
270 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
271 static u_int physmap_idx;
272
273 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
274     "VM/pmap parameters");
275
276 /*
277  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
278  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
279  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
280  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
281  * ASIDs that are not currently active on a processor.
282  *
283  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
284  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
285  * below.
286  */
287 struct asid_set {
288         int asid_bits;
289         bitstr_t *asid_set;
290         int asid_set_size;
291         int asid_next;
292         int asid_epoch;
293         struct mtx asid_set_mutex;
294 };
295
296 static struct asid_set asids;
297 static struct asid_set vmids;
298
299 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
300     "ASID allocator");
301 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
302     "The number of bits in an ASID");
303 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
304     "The last allocated ASID plus one");
305 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
306     "The current epoch number");
307
308 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
309 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
310     "The number of bits in an VMID");
311 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
312     "The last allocated VMID plus one");
313 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
314     "The current epoch number");
315
316 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
317 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
318
319 /*
320  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
321  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
322  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
323  *
324  * An invalid ASID is represented by -1.
325  *
326  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
327  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
328  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
329  * allocated when the pmap is next activated.
330  */
331 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
332                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
333 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
334 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
335
336 static int superpages_enabled = 1;
337 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
338     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
339     "Are large page mappings enabled?");
340
341 /*
342  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
343  */
344 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
345 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
346
347 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
348 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
349 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
350 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
351 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
352 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
353                     vm_offset_t va);
354
355 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
356 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
357 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
358 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
359 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
360 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
361     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
362 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
363 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
364     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
365 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
366     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
367 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
368     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
369 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
370     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
371 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
372 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
373     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
374
375 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
376                 struct rwlock **lockp);
377
378 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
379     struct spglist *free);
380 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
381 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
382
383 /*
384  * These load the old table data and store the new value.
385  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
386  * the same time as the CPU.
387  */
388 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
389 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
390 #define pmap_load(table)                (*table)
391 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
392 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
393 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
394 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
395
396 /********************/
397 /* Inline functions */
398 /********************/
399
400 static __inline void
401 pagecopy(void *s, void *d)
402 {
403
404         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
405 }
406
407 static __inline pd_entry_t *
408 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
409 {
410
411         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
412 }
413
414 static __inline pd_entry_t *
415 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
416 {
417         pd_entry_t *l1;
418
419         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
420         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
421 }
422
423 static __inline pd_entry_t *
424 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
425 {
426         pd_entry_t *l0;
427
428         l0 = pmap_l0(pmap, va);
429         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
430                 return (NULL);
431
432         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
433 }
434
435 static __inline pd_entry_t *
436 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
437 {
438         pd_entry_t *l2;
439
440         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
441         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
442 }
443
444 static __inline pd_entry_t *
445 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
446 {
447         pd_entry_t *l1;
448
449         l1 = pmap_l1(pmap, va);
450         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
451                 return (NULL);
452
453         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
454 }
455
456 static __inline pt_entry_t *
457 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
458 {
459         pt_entry_t *l3;
460
461         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
462         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
463 }
464
465 /*
466  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
467  * The next level may or may not point to a valid page or block.
468  */
469 static __inline pd_entry_t *
470 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
471 {
472         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
473
474         l0 = pmap_l0(pmap, va);
475         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
476         if (desc != L0_TABLE) {
477                 *level = -1;
478                 return (NULL);
479         }
480
481         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
482         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
483         if (desc != L1_TABLE) {
484                 *level = 0;
485                 return (l0);
486         }
487
488         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
489         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
490         if (desc != L2_TABLE) {
491                 *level = 1;
492                 return (l1);
493         }
494
495         *level = 2;
496         return (l2);
497 }
498
499 /*
500  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
501  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
502  * the first invalid level.
503  */
504 static __inline pt_entry_t *
505 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
506 {
507         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
508         pt_entry_t *l3;
509
510         l1 = pmap_l1(pmap, va);
511         if (l1 == NULL) {
512                 *level = 0;
513                 return (NULL);
514         }
515         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
516         if (desc == L1_BLOCK) {
517                 *level = 1;
518                 return (l1);
519         }
520
521         if (desc != L1_TABLE) {
522                 *level = 1;
523                 return (NULL);
524         }
525
526         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
527         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
528         if (desc == L2_BLOCK) {
529                 *level = 2;
530                 return (l2);
531         }
532
533         if (desc != L2_TABLE) {
534                 *level = 2;
535                 return (NULL);
536         }
537
538         *level = 3;
539         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
540         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
541                 return (NULL);
542
543         return (l3);
544 }
545
546 bool
547 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
548 {
549
550         return (superpages_enabled != 0);
551 }
552
553 bool
554 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
555     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
556 {
557         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
558
559         if (pmap->pm_l0 == NULL)
560                 return (false);
561
562         l0p = pmap_l0(pmap, va);
563         *l0 = l0p;
564
565         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
566                 return (false);
567
568         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
569         *l1 = l1p;
570
571         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
572                 *l2 = NULL;
573                 *l3 = NULL;
574                 return (true);
575         }
576
577         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
578                 return (false);
579
580         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
581         *l2 = l2p;
582
583         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
584                 *l3 = NULL;
585                 return (true);
586         }
587
588         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
589                 return (false);
590
591         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
592
593         return (true);
594 }
595
596 static __inline int
597 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
598 {
599
600         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
601 }
602
603 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
604
605 static pt_entry_t
606 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
607 {
608         pt_entry_t val;
609
610         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
611                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
612                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
613                         val |= ATTR_S1_XN;
614                 return (val);
615         }
616
617         val = 0;
618
619         switch (memattr) {
620         case VM_MEMATTR_DEVICE:
621                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
622                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
623         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
624                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
625         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
626                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
627         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
628                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
629         default:
630                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
631         }
632 }
633
634 static pt_entry_t
635 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
636 {
637         pt_entry_t val;
638
639         val = 0;
640         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
641                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
642                         val |= ATTR_S1_XN;
643                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
644                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
645         } else {
646                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
647                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
648                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
649                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
650                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
651                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
652         }
653
654         return (val);
655 }
656
657 /*
658  * Checks if the PTE is dirty.
659  */
660 static inline int
661 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
662 {
663
664         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
665
666         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
667                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
668                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
669
670                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
671                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
672         }
673
674         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
675             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
676 }
677
678 static __inline void
679 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
680 {
681
682         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
683         pmap->pm_stats.resident_count += count;
684 }
685
686 static __inline void
687 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
688 {
689
690         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
691         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
692             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
693             pmap->pm_stats.resident_count, count));
694         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
695 }
696
697 static pt_entry_t *
698 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
699     u_int *l2_slot)
700 {
701         pt_entry_t *l2;
702         pd_entry_t *l1;
703
704         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
705         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
706
707         /* Check locore has used a table L1 map */
708         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
709            ("Invalid bootstrap L1 table"));
710         /* Find the address of the L2 table */
711         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
712         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
713
714         return (l2);
715 }
716
717 static vm_paddr_t
718 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
719 {
720         u_int l1_slot, l2_slot;
721         pt_entry_t *l2;
722
723         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
724
725         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
726 }
727
728 static vm_offset_t
729 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
730     vm_offset_t freemempos)
731 {
732         pt_entry_t *l2;
733         vm_offset_t va;
734         vm_paddr_t l2_pa, pa;
735         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
736         int i;
737
738         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
739         dmap_phys_max = 0;
740         dmap_max_addr = 0;
741         l2 = NULL;
742         prev_l1_slot = -1;
743
744 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
745         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
746
747         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
748                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
749                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
750
751                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
752                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
753                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
754                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
755                                 prev_l1_slot = l1_slot;
756                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
757                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
758                                     (vm_offset_t)l2);
759                                 freemempos += PAGE_SIZE;
760
761                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
762                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
763
764                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
765                         }
766                         KASSERT(l2 != NULL,
767                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
768                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
769                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
770                                 /*
771                                  * We are on a boundary, stop to
772                                  * create a level 1 block
773                                  */
774                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
775                                         break;
776
777                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
778                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
779                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
780                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
781                                     ATTR_S1_XN |
782                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
783                                     L2_BLOCK);
784                         }
785                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
786                             ("..."));
787                 }
788
789                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
790                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
791                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
792                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
793                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
794                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
795                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
796                 }
797
798                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
799                 if (pa < physmap[i + 1]) {
800                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
801                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
802                                 prev_l1_slot = l1_slot;
803                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
804                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
805                                     (vm_offset_t)l2);
806                                 freemempos += PAGE_SIZE;
807
808                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
809                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
810
811                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
812                         }
813                         KASSERT(l2 != NULL,
814                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
815                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
816                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
817                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
818                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
819                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
820                                     ATTR_S1_XN |
821                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
822                                     L2_BLOCK);
823                         }
824                 }
825
826                 if (pa > dmap_phys_max) {
827                         dmap_phys_max = pa;
828                         dmap_max_addr = va;
829                 }
830         }
831
832         cpu_tlb_flushID();
833
834         return (freemempos);
835 }
836
837 static vm_offset_t
838 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
839 {
840         vm_offset_t l2pt;
841         vm_paddr_t pa;
842         pd_entry_t *l1;
843         u_int l1_slot;
844
845         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
846
847         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
848         l1_slot = pmap_l1_index(va);
849         l2pt = l2_start;
850
851         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
852                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
853
854                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
855                 pmap_store(&l1[l1_slot],
856                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
857                 l2pt += PAGE_SIZE;
858         }
859
860         /* Clean the L2 page table */
861         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
862
863         return l2pt;
864 }
865
866 static vm_offset_t
867 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
868 {
869         vm_offset_t l3pt;
870         vm_paddr_t pa;
871         pd_entry_t *l2;
872         u_int l2_slot;
873
874         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
875
876         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
877         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
878         l2_slot = pmap_l2_index(va);
879         l3pt = l3_start;
880
881         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
882                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
883
884                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
885                 pmap_store(&l2[l2_slot],
886                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
887                 l3pt += PAGE_SIZE;
888         }
889
890         /* Clean the L2 page table */
891         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
892
893         return l3pt;
894 }
895
896 /*
897  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
898  */
899 void
900 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
901     vm_size_t kernlen)
902 {
903         vm_offset_t freemempos;
904         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
905         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
906         uint64_t kern_delta;
907         int i;
908
909         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
910         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
911             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
912
913         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
914
915         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
916         printf("%lx\n", l1pt);
917         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
918
919         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
920         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
921         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
922         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
923         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
924         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
925         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
926
927         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
928         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
929
930         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
931         physmap_idx /= 2;
932
933         /*
934          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
935          * but may contain empty ranges.
936          */
937         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
938                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
939                         continue;
940                 if (physmap[i] <= min_pa)
941                         min_pa = physmap[i];
942         }
943
944         freemempos = KERNBASE + kernlen;
945         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
946
947         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
948         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
949
950         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
951
952         /*
953          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
954          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
955          * the kernel, preloaded files and module metadata.
956          */
957         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
958         /* And the l3 tables for the early devmap */
959         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
960             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
961
962         cpu_tlb_flushID();
963
964 #define alloc_pages(var, np)                                            \
965         (var) = freemempos;                                             \
966         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
967         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
968
969         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
970         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
971         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
972
973         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
974         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
975         msgbufp = (void *)msgbufpv;
976
977         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
978         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
979
980         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
981         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
982         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
983         kernel_vm_end = virtual_avail;
984
985         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
986
987         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
988
989         cpu_tlb_flushID();
990 }
991
992 /*
993  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
994  */
995 void
996 pmap_page_init(vm_page_t m)
997 {
998
999         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1000         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1001 }
1002
1003 static void
1004 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1005 {
1006         int i;
1007
1008         set->asid_bits = bits;
1009
1010         /*
1011          * We may be too early in the overall initialization process to use
1012          * bit_alloc().
1013          */
1014         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1015         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1016             M_WAITOK | M_ZERO);
1017         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1018                 bit_set(set->asid_set, i);
1019         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1020         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1021 }
1022
1023 /*
1024  *      Initialize the pmap module.
1025  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1026  *      system needs to map virtual memory.
1027  */
1028 void
1029 pmap_init(void)
1030 {
1031         vm_size_t s;
1032         uint64_t mmfr1;
1033         int i, pv_npg, vmid_bits;
1034
1035         /*
1036          * Are large page mappings enabled?
1037          */
1038         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1039         if (superpages_enabled) {
1040                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1041                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1042                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1043         }
1044
1045         /*
1046          * Initialize the ASID allocator.
1047          */
1048         pmap_init_asids(&asids,
1049             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1050
1051         if (has_hyp()) {
1052                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1053                 vmid_bits = 8;
1054
1055                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1056                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1057                         vmid_bits = 16;
1058                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1059         }
1060
1061         /*
1062          * Initialize the pv chunk list mutex.
1063          */
1064         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1065
1066         /*
1067          * Initialize the pool of pv list locks.
1068          */
1069         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1070                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1071
1072         /*
1073          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1074          */
1075         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
1076
1077         /*
1078          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1079          */
1080         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1081         s = round_page(s);
1082         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1083         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1084                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1085         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1086
1087         vm_initialized = 1;
1088 }
1089
1090 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1091     "2MB page mapping counters");
1092
1093 static u_long pmap_l2_demotions;
1094 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1095     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1096
1097 static u_long pmap_l2_mappings;
1098 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1099     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1100
1101 static u_long pmap_l2_p_failures;
1102 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1103     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1104
1105 static u_long pmap_l2_promotions;
1106 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1107     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1108
1109 /*
1110  * Invalidate a single TLB entry.
1111  */
1112 static __inline void
1113 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1114 {
1115         uint64_t r;
1116
1117         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1118
1119         dsb(ishst);
1120         if (pmap == kernel_pmap) {
1121                 r = atop(va);
1122                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1123         } else {
1124                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1125                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1126         }
1127         dsb(ish);
1128         isb();
1129 }
1130
1131 static __inline void
1132 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1133 {
1134         uint64_t end, r, start;
1135
1136         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1137
1138         dsb(ishst);
1139         if (pmap == kernel_pmap) {
1140                 start = atop(sva);
1141                 end = atop(eva);
1142                 for (r = start; r < end; r++)
1143                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1144         } else {
1145                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1146                 start |= atop(sva);
1147                 end |= atop(eva);
1148                 for (r = start; r < end; r++)
1149                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1150         }
1151         dsb(ish);
1152         isb();
1153 }
1154
1155 static __inline void
1156 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1157 {
1158         uint64_t r;
1159
1160         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1161
1162         dsb(ishst);
1163         if (pmap == kernel_pmap) {
1164                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1165         } else {
1166                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1167                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1168         }
1169         dsb(ish);
1170         isb();
1171 }
1172
1173 /*
1174  *      Routine:        pmap_extract
1175  *      Function:
1176  *              Extract the physical page address associated
1177  *              with the given map/virtual_address pair.
1178  */
1179 vm_paddr_t
1180 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1181 {
1182         pt_entry_t *pte, tpte;
1183         vm_paddr_t pa;
1184         int lvl;
1185
1186         pa = 0;
1187         PMAP_LOCK(pmap);
1188         /*
1189          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1190          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1191          */
1192         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1193         if (pte != NULL) {
1194                 tpte = pmap_load(pte);
1195                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1196                 switch(lvl) {
1197                 case 1:
1198                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1199                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1200                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1201                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1202                         break;
1203                 case 2:
1204                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1205                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1206                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1207                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1208                         break;
1209                 case 3:
1210                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1211                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1212                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1213                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1214                         break;
1215                 }
1216         }
1217         PMAP_UNLOCK(pmap);
1218         return (pa);
1219 }
1220
1221 /*
1222  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1223  *      Function:
1224  *              Atomically extract and hold the physical page
1225  *              with the given pmap and virtual address pair
1226  *              if that mapping permits the given protection.
1227  */
1228 vm_page_t
1229 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1230 {
1231         pt_entry_t *pte, tpte;
1232         vm_offset_t off;
1233         vm_page_t m;
1234         int lvl;
1235         bool use;
1236
1237         m = NULL;
1238         PMAP_LOCK(pmap);
1239         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1240         if (pte != NULL) {
1241                 tpte = pmap_load(pte);
1242
1243                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1244                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1245                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1246                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1247                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1248                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1249                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1250
1251                 use = false;
1252                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1253                         use = true;
1254                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1255                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1256                         use = true;
1257                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1258                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1259                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1260                         use = true;
1261
1262                 if (use) {
1263                         switch(lvl) {
1264                         case 1:
1265                                 off = va & L1_OFFSET;
1266                                 break;
1267                         case 2:
1268                                 off = va & L2_OFFSET;
1269                                 break;
1270                         case 3:
1271                         default:
1272                                 off = 0;
1273                         }
1274                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1275                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
1276                                 m = NULL;
1277                 }
1278         }
1279         PMAP_UNLOCK(pmap);
1280         return (m);
1281 }
1282
1283 vm_paddr_t
1284 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1285 {
1286         pt_entry_t *pte, tpte;
1287
1288         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1289                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1290         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1291         if (pte == NULL)
1292                 return (0);
1293
1294         /*
1295          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1296          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1297          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1298          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1299          */
1300         tpte = pmap_load(pte);
1301         if (tpte == 0)
1302                 return (0);
1303         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1304                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1305         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1306         tpte = pmap_load(pte);
1307         if (tpte == 0)
1308                 return (0);
1309         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1310                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1311         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1312         tpte = pmap_load(pte);
1313         if (tpte == 0)
1314                 return (0);
1315         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1316 }
1317
1318 /***************************************************
1319  * Low level mapping routines.....
1320  ***************************************************/
1321
1322 void
1323 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1324 {
1325         pd_entry_t *pde;
1326         pt_entry_t *pte, attr;
1327         vm_offset_t va;
1328         int lvl;
1329
1330         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1331            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1332         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1333            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1334         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1335             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1336
1337         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1338             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1339         va = sva;
1340         while (size != 0) {
1341                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1342                 KASSERT(pde != NULL,
1343                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1344                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1345
1346                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1347                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1348
1349                 va += PAGE_SIZE;
1350                 pa += PAGE_SIZE;
1351                 size -= PAGE_SIZE;
1352         }
1353         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1354 }
1355
1356 void
1357 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1358 {
1359
1360         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Remove a page from the kernel pagetables.
1365  */
1366 PMAP_INLINE void
1367 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1368 {
1369         pt_entry_t *pte;
1370         int lvl;
1371
1372         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1373         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1374         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1375
1376         pmap_clear(pte);
1377         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1378 }
1379
1380 void
1381 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1382 {
1383         pt_entry_t *pte;
1384         vm_offset_t va;
1385         int lvl;
1386
1387         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1388            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1389         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1390             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1391
1392         va = sva;
1393         while (size != 0) {
1394                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1395                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1396                 KASSERT(lvl == 3,
1397                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1398                 pmap_clear(pte);
1399
1400                 va += PAGE_SIZE;
1401                 size -= PAGE_SIZE;
1402         }
1403         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1404 }
1405
1406 /*
1407  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1408  *      virtual address space.
1409  *
1410  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1411  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1412  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1413  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1414  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1415  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1416  *      region.
1417  */
1418 vm_offset_t
1419 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1420 {
1421         return PHYS_TO_DMAP(start);
1422 }
1423
1424 /*
1425  * Add a list of wired pages to the kva
1426  * this routine is only used for temporary
1427  * kernel mappings that do not need to have
1428  * page modification or references recorded.
1429  * Note that old mappings are simply written
1430  * over.  The page *must* be wired.
1431  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1432  */
1433 void
1434 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1435 {
1436         pd_entry_t *pde;
1437         pt_entry_t *pte, pa;
1438         vm_offset_t va;
1439         vm_page_t m;
1440         int i, lvl;
1441
1442         va = sva;
1443         for (i = 0; i < count; i++) {
1444                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1445                 KASSERT(pde != NULL,
1446                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1447                 KASSERT(lvl == 2,
1448                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1449
1450                 m = ma[i];
1451                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1452                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1453                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1454                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1455                 pmap_load_store(pte, pa);
1456
1457                 va += L3_SIZE;
1458         }
1459         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1460 }
1461
1462 /*
1463  * This routine tears out page mappings from the
1464  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1465  */
1466 void
1467 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1468 {
1469         pt_entry_t *pte;
1470         vm_offset_t va;
1471         int lvl;
1472
1473         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1474
1475         va = sva;
1476         while (count-- > 0) {
1477                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1478                 KASSERT(lvl == 3,
1479                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1480                 if (pte != NULL) {
1481                         pmap_clear(pte);
1482                 }
1483
1484                 va += PAGE_SIZE;
1485         }
1486         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1487 }
1488
1489 /***************************************************
1490  * Page table page management routines.....
1491  ***************************************************/
1492 /*
1493  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1494  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1495  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1496  */
1497 static __inline void
1498 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1499     boolean_t set_PG_ZERO)
1500 {
1501
1502         if (set_PG_ZERO)
1503                 m->flags |= PG_ZERO;
1504         else
1505                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1506         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1511  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1512  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1513  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1514  */
1515 static inline boolean_t
1516 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1517 {
1518
1519         --m->ref_count;
1520         if (m->ref_count == 0) {
1521                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1522                 return (TRUE);
1523         } else
1524                 return (FALSE);
1525 }
1526
1527 static void
1528 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1529 {
1530
1531         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1532         /*
1533          * unmap the page table page
1534          */
1535         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1536                 /* l1 page */
1537                 pd_entry_t *l0;
1538
1539                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1540                 pmap_clear(l0);
1541         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1542                 /* l2 page */
1543                 pd_entry_t *l1;
1544
1545                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1546                 pmap_clear(l1);
1547         } else {
1548                 /* l3 page */
1549                 pd_entry_t *l2;
1550
1551                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1552                 pmap_clear(l2);
1553         }
1554         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1555         if (m->pindex < NUL2E) {
1556                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1557                 pd_entry_t *l1, tl1;
1558                 vm_page_t l2pg;
1559
1560                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1561                 tl1 = pmap_load(l1);
1562                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1563                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1564         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1565                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1566                 pd_entry_t *l0, tl0;
1567                 vm_page_t l1pg;
1568
1569                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1570                 tl0 = pmap_load(l0);
1571                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1572                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1573         }
1574         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1575
1576         /*
1577          * Put page on a list so that it is released after
1578          * *ALL* TLB shootdown is done
1579          */
1580         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1581 }
1582
1583 /*
1584  * After removing a page table entry, this routine is used to
1585  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1586  */
1587 static int
1588 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1589     struct spglist *free)
1590 {
1591         vm_page_t mpte;
1592
1593         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1594                 return (0);
1595         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1596         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1597         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1598 }
1599
1600 /*
1601  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1602  * mapping.
1603  */
1604 static void
1605 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1606 {
1607         struct spglist free;
1608
1609         SLIST_INIT(&free);
1610         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1611                 /*
1612                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1613                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1614                  * table pages.  Invalidate those entries.
1615                  *
1616                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1617                  */
1618                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1619                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1620         }
1621 }
1622
1623 void
1624 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1625 {
1626
1627         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1628         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1629         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1630         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1631         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1632         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1633         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1634         pmap->pm_asid_set = &asids;
1635
1636         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1637 }
1638
1639 int
1640 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage)
1641 {
1642         vm_page_t l0pt;
1643
1644         /*
1645          * allocate the l0 page
1646          */
1647         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1648             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1649                 vm_wait(NULL);
1650
1651         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1652         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1653
1654         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1655                 pagezero(pmap->pm_l0);
1656
1657         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1658         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1659         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1660
1661         pmap->pm_stage = stage;
1662         switch (stage) {
1663         case PM_STAGE1:
1664                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1665                 break;
1666         case PM_STAGE2:
1667                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1668                 break;
1669         default:
1670                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1671                 break;
1672         }
1673
1674         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1675         pmap_alloc_asid(pmap);
1676
1677         return (1);
1678 }
1679
1680 int
1681 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1682 {
1683
1684         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1));
1685 }
1686
1687 /*
1688  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1689  *
1690  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1691  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1692  *
1693  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1694  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1695  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1696  * race conditions.
1697  */
1698 static vm_page_t
1699 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1700 {
1701         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1702
1703         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1704
1705         /*
1706          * Allocate a page table page.
1707          */
1708         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1709             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1710                 if (lockp != NULL) {
1711                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1712                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1713                         vm_wait(NULL);
1714                         PMAP_LOCK(pmap);
1715                 }
1716
1717                 /*
1718                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1719                  * page may have been allocated.
1720                  */
1721                 return (NULL);
1722         }
1723         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1724                 pmap_zero_page(m);
1725
1726         /*
1727          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1728          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1729          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1730          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1731          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1732          * PTE within "m".
1733          */
1734         dmb(ishst);
1735
1736         /*
1737          * Map the pagetable page into the process address space, if
1738          * it isn't already there.
1739          */
1740
1741         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1742                 pd_entry_t *l0;
1743                 vm_pindex_t l0index;
1744
1745                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1746                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1747                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1748         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1749                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1750                 pd_entry_t *l0, *l1;
1751                 pd_entry_t tl0;
1752
1753                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1754                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1755
1756                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1757                 tl0 = pmap_load(l0);
1758                 if (tl0 == 0) {
1759                         /* recurse for allocating page dir */
1760                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1761                             lockp) == NULL) {
1762                                 vm_page_unwire_noq(m);
1763                                 vm_page_free_zero(m);
1764                                 return (NULL);
1765                         }
1766                 } else {
1767                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1768                         l1pg->ref_count++;
1769                 }
1770
1771                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1772                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1773                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1774         } else {
1775                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1776                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1777                 pd_entry_t tl0, tl1;
1778
1779                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1780                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1781
1782                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1783                 tl0 = pmap_load(l0);
1784                 if (tl0 == 0) {
1785                         /* recurse for allocating page dir */
1786                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1787                             lockp) == NULL) {
1788                                 vm_page_unwire_noq(m);
1789                                 vm_page_free_zero(m);
1790                                 return (NULL);
1791                         }
1792                         tl0 = pmap_load(l0);
1793                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1794                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1795                 } else {
1796                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1797                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1798                         tl1 = pmap_load(l1);
1799                         if (tl1 == 0) {
1800                                 /* recurse for allocating page dir */
1801                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1802                                     lockp) == NULL) {
1803                                         vm_page_unwire_noq(m);
1804                                         vm_page_free_zero(m);
1805                                         return (NULL);
1806                                 }
1807                         } else {
1808                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1809                                 l2pg->ref_count++;
1810                         }
1811                 }
1812
1813                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1814                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1815                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1816         }
1817
1818         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1819
1820         return (m);
1821 }
1822
1823 static pd_entry_t *
1824 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1825     struct rwlock **lockp)
1826 {
1827         pd_entry_t *l1, *l2;
1828         vm_page_t l2pg;
1829         vm_pindex_t l2pindex;
1830
1831 retry:
1832         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1833         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1834                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1835                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1836                         /* Add a reference to the L2 page. */
1837                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1838                         l2pg->ref_count++;
1839                 } else
1840                         l2pg = NULL;
1841         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1842                 /* Allocate a L2 page. */
1843                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1844                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1845                 if (l2pg == NULL) {
1846                         if (lockp != NULL)
1847                                 goto retry;
1848                         else
1849                                 return (NULL);
1850                 }
1851                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1852                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1853         } else
1854                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1855                     va);
1856         *l2pgp = l2pg;
1857         return (l2);
1858 }
1859
1860 static vm_page_t
1861 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1862 {
1863         vm_pindex_t ptepindex;
1864         pd_entry_t *pde, tpde;
1865 #ifdef INVARIANTS
1866         pt_entry_t *pte;
1867 #endif
1868         vm_page_t m;
1869         int lvl;
1870
1871         /*
1872          * Calculate pagetable page index
1873          */
1874         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1875 retry:
1876         /*
1877          * Get the page directory entry
1878          */
1879         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1880
1881         /*
1882          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1883          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1884          * table.
1885          */
1886         switch (lvl) {
1887         case -1:
1888                 break;
1889         case 0:
1890 #ifdef INVARIANTS
1891                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1892                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1893                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1894 #endif
1895                 break;
1896         case 1:
1897 #ifdef INVARIANTS
1898                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1899                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1900                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1901 #endif
1902                 break;
1903         case 2:
1904                 tpde = pmap_load(pde);
1905                 if (tpde != 0) {
1906                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1907                         m->ref_count++;
1908                         return (m);
1909                 }
1910                 break;
1911         default:
1912                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1913         }
1914
1915         /*
1916          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1917          */
1918         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1919         if (m == NULL && lockp != NULL)
1920                 goto retry;
1921
1922         return (m);
1923 }
1924
1925 /***************************************************
1926  * Pmap allocation/deallocation routines.
1927  ***************************************************/
1928
1929 /*
1930  * Release any resources held by the given physical map.
1931  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1932  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1933  */
1934 void
1935 pmap_release(pmap_t pmap)
1936 {
1937         struct asid_set *set;
1938         vm_page_t m;
1939         int asid;
1940
1941         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1942             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1943             pmap->pm_stats.resident_count));
1944         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1945             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1946
1947         set = pmap->pm_asid_set;
1948         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
1949
1950         /*
1951          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
1952          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
1953          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
1954          * we don't reuse VMIDs within a generation.
1955          */
1956         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
1957                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
1958                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
1959                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
1960                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
1961                             asid < set->asid_set_size,
1962                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
1963                         bit_clear(set->asid_set, asid);
1964                 }
1965                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
1966         }
1967
1968         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
1969         vm_page_unwire_noq(m);
1970         vm_page_free_zero(m);
1971 }
1972
1973 static int
1974 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1975 {
1976         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1977
1978         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1979 }
1980 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1981     0, 0, kvm_size, "LU",
1982     "Size of KVM");
1983
1984 static int
1985 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1986 {
1987         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1988
1989         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1990 }
1991 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1992     0, 0, kvm_free, "LU",
1993     "Amount of KVM free");
1994
1995 /*
1996  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1997  */
1998 void
1999 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2000 {
2001         vm_paddr_t paddr;
2002         vm_page_t nkpg;
2003         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2004
2005         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2006
2007         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2008         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2009                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2010         while (kernel_vm_end < addr) {
2011                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2012                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2013                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2014
2015                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2016                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2017                         /* We need a new PDP entry */
2018                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2019                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2020                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2021                         if (nkpg == NULL)
2022                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2023                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2024                                 pmap_zero_page(nkpg);
2025                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2026                         dmb(ishst);
2027                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2028                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2029                         continue; /* try again */
2030                 }
2031                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2032                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2033                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2034                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2035                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2036                                 break;
2037                         }
2038                         continue;
2039                 }
2040
2041                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2042                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2043                     VM_ALLOC_ZERO);
2044                 if (nkpg == NULL)
2045                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2046                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2047                         pmap_zero_page(nkpg);
2048                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2049                 dmb(ishst);
2050                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2051                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2052
2053                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2054                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2055                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2056                         break;
2057                 }
2058         }
2059 }
2060
2061 /***************************************************
2062  * page management routines.
2063  ***************************************************/
2064
2065 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2066 CTASSERT(_NPCM == 3);
2067 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2068
2069 static __inline struct pv_chunk *
2070 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2071 {
2072
2073         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2074 }
2075
2076 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2077
2078 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2079 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2080 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2081
2082 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2083
2084 #if 0
2085 #ifdef PV_STATS
2086 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2087
2088 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2089         "Current number of pv entry chunks");
2090 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2091         "Current number of pv entry chunks allocated");
2092 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2093         "Current number of pv entry chunks frees");
2094 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2095         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2096
2097 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2098 static int pv_entry_spare;
2099
2100 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2101         "Current number of pv entry frees");
2102 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2103         "Current number of pv entry allocs");
2104 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2105         "Current number of pv entries");
2106 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2107         "Current number of spare pv entries");
2108 #endif
2109 #endif /* 0 */
2110
2111 /*
2112  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2113  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2114  * another pv entry chunk.
2115  *
2116  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2117  *
2118  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2119  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2120  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2121  */
2122 static vm_page_t
2123 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2124 {
2125         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2126         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2127         struct md_page *pvh;
2128         pd_entry_t *pde;
2129         pmap_t next_pmap, pmap;
2130         pt_entry_t *pte, tpte;
2131         pv_entry_t pv;
2132         vm_offset_t va;
2133         vm_page_t m, m_pc;
2134         struct spglist free;
2135         uint64_t inuse;
2136         int bit, field, freed, lvl;
2137         static int active_reclaims = 0;
2138
2139         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2140         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2141
2142         pmap = NULL;
2143         m_pc = NULL;
2144         SLIST_INIT(&free);
2145         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2146         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2147         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2148         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2149
2150         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2151         active_reclaims++;
2152         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2153         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2154         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2155             SLIST_EMPTY(&free)) {
2156                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2157                 if (next_pmap == NULL) {
2158                         /*
2159                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2160                          * not our marker, so active_reclaims must be
2161                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2162                          * will not rotate the pv_chunks list.
2163                          */
2164                         goto next_chunk;
2165                 }
2166                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2167
2168                 /*
2169                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2170                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2171                  * corresponding pmap is locked.
2172                  */
2173                 if (pmap != next_pmap) {
2174                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2175                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2176                         pmap = next_pmap;
2177                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2178                         if (pmap > locked_pmap) {
2179                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2180                                 PMAP_LOCK(pmap);
2181                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2182                                 continue;
2183                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2184                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2185                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2186                                         continue;
2187                                 } else {
2188                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2189                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2190                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2191                                         if (pc == NULL ||
2192                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2193                                                 continue;
2194                                         goto next_chunk;
2195                                 }
2196                         }
2197                 }
2198
2199                 /*
2200                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2201                  */
2202                 freed = 0;
2203                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2204                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2205                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2206                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2207                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2208                                 va = pv->pv_va;
2209                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2210                                 if (lvl != 2)
2211                                         continue;
2212                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2213                                 tpte = pmap_load(pte);
2214                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2215                                         continue;
2216                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2217                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2218                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2219                                         vm_page_dirty(m);
2220                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2221                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2222                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2223                                 }
2224                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2225                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2226                                 m->md.pv_gen++;
2227                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2228                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2229                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2230                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2231                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2232                                                     PGA_WRITEABLE);
2233                                         }
2234                                 }
2235                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2236                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2237                                 freed++;
2238                         }
2239                 }
2240                 if (freed == 0) {
2241                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2242                         goto next_chunk;
2243                 }
2244                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2245                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2246                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2247                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2248                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2249                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2250                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2251                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2252                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2253                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2254                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2255                         /* Entire chunk is free; return it. */
2256                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2257                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2258                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2259                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2260                         break;
2261                 }
2262                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2263                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2264                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2265                 if (pmap == locked_pmap)
2266                         break;
2267
2268 next_chunk:
2269                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2270                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2271                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2272                         /*
2273                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2274                          * scan the same pv chunks that could not be
2275                          * freed (because they contained a wired
2276                          * and/or superpage mapping) on every
2277                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2278                          */
2279                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2280                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2281                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2282                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2283                         }
2284                 }
2285         }
2286         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2287         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2288         active_reclaims--;
2289         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2290         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2291                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2292         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2293                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2294                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2295                 /* Recycle a freed page table page. */
2296                 m_pc->ref_count = 1;
2297         }
2298         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2299         return (m_pc);
2300 }
2301
2302 /*
2303  * free the pv_entry back to the free list
2304  */
2305 static void
2306 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2307 {
2308         struct pv_chunk *pc;
2309         int idx, field, bit;
2310
2311         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2312         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2313         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2314         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2315         pc = pv_to_chunk(pv);
2316         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2317         field = idx / 64;
2318         bit = idx % 64;
2319         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2320         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2321             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2322                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2323                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2324                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2325                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2326                 }
2327                 return;
2328         }
2329         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2330         free_pv_chunk(pc);
2331 }
2332
2333 static void
2334 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2335 {
2336         vm_page_t m;
2337
2338         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2339         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2340         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2341         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2342         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2343         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2344         /* entire chunk is free, return it */
2345         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2346         dump_drop_page(m->phys_addr);
2347         vm_page_unwire_noq(m);
2348         vm_page_free(m);
2349 }
2350
2351 /*
2352  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2353  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2354  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2355  * returned.
2356  *
2357  * The given PV list lock may be released.
2358  */
2359 static pv_entry_t
2360 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2361 {
2362         int bit, field;
2363         pv_entry_t pv;
2364         struct pv_chunk *pc;
2365         vm_page_t m;
2366
2367         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2368         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2369 retry:
2370         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2371         if (pc != NULL) {
2372                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2373                         if (pc->pc_map[field]) {
2374                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2375                                 break;
2376                         }
2377                 }
2378                 if (field < _NPCM) {
2379                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2380                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2381                         /* If this was the last item, move it to tail */
2382                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2383                             pc->pc_map[2] == 0) {
2384                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2385                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2386                                     pc_list);
2387                         }
2388                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2389                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2390                         return (pv);
2391                 }
2392         }
2393         /* No free items, allocate another chunk */
2394         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2395             VM_ALLOC_WIRED);
2396         if (m == NULL) {
2397                 if (lockp == NULL) {
2398                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2399                         return (NULL);
2400                 }
2401                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2402                 if (m == NULL)
2403                         goto retry;
2404         }
2405         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2406         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2407         dump_add_page(m->phys_addr);
2408         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2409         pc->pc_pmap = pmap;
2410         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2411         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2412         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2413         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2414         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2415         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2416         pv = &pc->pc_pventry[0];
2417         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2418         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2419         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2420         return (pv);
2421 }
2422
2423 /*
2424  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2425  * exceeds the given count, "needed".
2426  *
2427  * The given PV list lock may be released.
2428  */
2429 static void
2430 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2431 {
2432         struct pch new_tail;
2433         struct pv_chunk *pc;
2434         vm_page_t m;
2435         int avail, free;
2436         bool reclaimed;
2437
2438         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2439         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2440
2441         /*
2442          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2443          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2444          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2445          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2446          */
2447         TAILQ_INIT(&new_tail);
2448 retry:
2449         avail = 0;
2450         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2451                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2452                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2453                 if (free == 0)
2454                         break;
2455                 avail += free;
2456                 if (avail >= needed)
2457                         break;
2458         }
2459         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2460                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2461                     VM_ALLOC_WIRED);
2462                 if (m == NULL) {
2463                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2464                         if (m == NULL)
2465                                 goto retry;
2466                         reclaimed = true;
2467                 }
2468                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2469                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2470                 dump_add_page(m->phys_addr);
2471                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2472                 pc->pc_pmap = pmap;
2473                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2474                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2475                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2476                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2477                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2478                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2479
2480                 /*
2481                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2482                  * If that chunk contained available entries, we need to
2483                  * re-count the number of available entries.
2484                  */
2485                 if (reclaimed)
2486                         goto retry;
2487         }
2488         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2489                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2490                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2491                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2492         }
2493 }
2494
2495 /*
2496  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2497  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2498  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2499  * 2MB page mappings.
2500  */
2501 static __inline pv_entry_t
2502 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2503 {
2504         pv_entry_t pv;
2505
2506         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2507                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2508                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2509                         pvh->pv_gen++;
2510                         break;
2511                 }
2512         }
2513         return (pv);
2514 }
2515
2516 /*
2517  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2518  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2519  * entries for each of the 4KB page mappings.
2520  */
2521 static void
2522 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2523     struct rwlock **lockp)
2524 {
2525         struct md_page *pvh;
2526         struct pv_chunk *pc;
2527         pv_entry_t pv;
2528         vm_offset_t va_last;
2529         vm_page_t m;
2530         int bit, field;
2531
2532         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2533         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2534             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2535         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2536             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2537         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2538
2539         /*
2540          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2541          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2542          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2543          */
2544         pvh = pa_to_pvh(pa);
2545         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2546         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2547         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2548         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2549         m->md.pv_gen++;
2550         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2551         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2552         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2553         for (;;) {
2554                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2555                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2556                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2557                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2558                         while (pc->pc_map[field]) {
2559                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2560                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2561                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2562                                 va += PAGE_SIZE;
2563                                 pv->pv_va = va;
2564                                 m++;
2565                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2566                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2567                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2568                                 m->md.pv_gen++;
2569                                 if (va == va_last)
2570                                         goto out;
2571                         }
2572                 }
2573                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2574                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2575         }
2576 out:
2577         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2578                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2579                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2580         }
2581         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2582         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2583 }
2584
2585 /*
2586  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2587  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2588  * page mappings.
2589  */
2590 static void
2591 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2592 {
2593         pv_entry_t pv;
2594
2595         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2596         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2597         free_pv_entry(pmap, pv);
2598 }
2599
2600 /*
2601  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2602  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2603  */
2604 static boolean_t
2605 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2606     struct rwlock **lockp)
2607 {
2608         pv_entry_t pv;
2609
2610         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2611         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2612         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2613                 pv->pv_va = va;
2614                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2615                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2616                 m->md.pv_gen++;
2617                 return (TRUE);
2618         } else
2619                 return (FALSE);
2620 }
2621
2622 /*
2623  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2624  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2625  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2626  */
2627 static bool
2628 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2629     struct rwlock **lockp)
2630 {
2631         struct md_page *pvh;
2632         pv_entry_t pv;
2633         vm_paddr_t pa;
2634
2635         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2636         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2637         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2638             NULL : lockp)) == NULL)
2639                 return (false);
2640         pv->pv_va = va;
2641         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2642         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2643         pvh = pa_to_pvh(pa);
2644         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2645         pvh->pv_gen++;
2646         return (true);
2647 }
2648
2649 static void
2650 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2651 {
2652         pt_entry_t newl2, oldl2;
2653         vm_page_t ml3;
2654         vm_paddr_t ml3pa;
2655
2656         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2657         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2658         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2659
2660         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2661         if (ml3 == NULL)
2662                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2663
2664         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2665         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2666
2667         /*
2668          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2669          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2670          */
2671         if (ml3->valid != 0)
2672                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2673
2674         /*
2675          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2676          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2677          */
2678         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2679         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2680             __func__, l2, oldl2));
2681 }
2682
2683 /*
2684  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2685  */
2686 static int
2687 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2688     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2689 {
2690         struct md_page *pvh;
2691         pt_entry_t old_l2;
2692         vm_offset_t eva, va;
2693         vm_page_t m, ml3;
2694
2695         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2696         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2697         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2698         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2699             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2700
2701         /*
2702          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2703          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2704          */
2705         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2706
2707         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2708                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2709         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2710         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2711                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2712                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2713                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2714                 eva = sva + L2_SIZE;
2715                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2716                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2717                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2718                                 vm_page_dirty(m);
2719                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2720                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2721                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2722                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2723                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2724                 }
2725         }
2726         if (pmap == kernel_pmap) {
2727                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2728         } else {
2729                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2730                 if (ml3 != NULL) {
2731                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2732                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2733                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2734                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2735                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2736                         ml3->ref_count = 0;
2737                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2738                 }
2739         }
2740         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2741 }
2742
2743 /*
2744  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2745  */
2746 static int
2747 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2748     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2749 {
2750         struct md_page *pvh;
2751         pt_entry_t old_l3;
2752         vm_page_t m;
2753
2754         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2755         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2756         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2757         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2758                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2759         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2760         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2761                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2762                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2763                         vm_page_dirty(m);
2764                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2765                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2766                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2767                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2768                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2769                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2770                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2771                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2772                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2773                 }
2774         }
2775         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2776 }
2777
2778 /*
2779  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2780  * identified by the given L2 entry.
2781  */
2782 static void
2783 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2784     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2785 {
2786         struct md_page *pvh;
2787         struct rwlock *new_lock;
2788         pt_entry_t *l3, old_l3;
2789         vm_offset_t va;
2790         vm_page_t l3pg, m;
2791
2792         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2793         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2794             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2795         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2796             NULL;
2797         va = eva;
2798         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2799                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2800                         if (va != eva) {
2801                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2802                                 va = eva;
2803                         }
2804                         continue;
2805                 }
2806                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2807                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2808                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2809                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2810                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2811                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2812                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2813                                 vm_page_dirty(m);
2814                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2815                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2816                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2817                         if (new_lock != *lockp) {
2818                                 if (*lockp != NULL) {
2819                                         /*
2820                                          * Pending TLB invalidations must be
2821                                          * performed before the PV list lock is
2822                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2823                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2824                                          * could return while a stale TLB entry
2825                                          * still provides access to that page. 
2826                                          */
2827                                         if (va != eva) {
2828                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2829                                                     sva);
2830                                                 va = eva;
2831                                         }
2832                                         rw_wunlock(*lockp);
2833                                 }
2834                                 *lockp = new_lock;
2835                                 rw_wlock(*lockp);
2836                         }
2837                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2838                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2839                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2840                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2841                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2842                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2843                         }
2844                 }
2845                 if (va == eva)
2846                         va = sva;
2847                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2848                         sva += L3_SIZE;
2849                         break;
2850                 }
2851         }
2852         if (va != eva)
2853                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2854 }
2855
2856 /*
2857  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2858  *
2859  *      It is assumed that the start and end are properly
2860  *      rounded to the page size.
2861  */
2862 void
2863 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2864 {
2865         struct rwlock *lock;
2866         vm_offset_t va_next;
2867         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2868         pt_entry_t l3_paddr;
2869         struct spglist free;
2870
2871         /*
2872          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2873          */
2874         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2875                 return;
2876
2877         SLIST_INIT(&free);
2878
2879         PMAP_LOCK(pmap);
2880
2881         lock = NULL;
2882         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2883                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2884                         break;
2885
2886                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2887                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2888                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2889                         if (va_next < sva)
2890                                 va_next = eva;
2891                         continue;
2892                 }
2893
2894                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2895                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2896                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2897                         if (va_next < sva)
2898                                 va_next = eva;
2899                         continue;
2900                 }
2901
2902                 /*
2903                  * Calculate index for next page table.
2904                  */
2905                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2906                 if (va_next < sva)
2907                         va_next = eva;
2908
2909                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2910                 if (l2 == NULL)
2911                         continue;
2912
2913                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2914
2915                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2916                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2917                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2918                                     &free, &lock);
2919                                 continue;
2920                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2921                             &lock) == NULL)
2922                                 continue;
2923                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2924                 }
2925
2926                 /*
2927                  * Weed out invalid mappings.
2928                  */
2929                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2930                         continue;
2931
2932                 /*
2933                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2934                  * by the current page table page, or to the end of the
2935                  * range being removed.
2936                  */
2937                 if (va_next > eva)
2938                         va_next = eva;
2939
2940                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
2941                     &lock);
2942         }
2943         if (lock != NULL)
2944                 rw_wunlock(lock);
2945         PMAP_UNLOCK(pmap);
2946         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2947 }
2948
2949 /*
2950  *      Routine:        pmap_remove_all
2951  *      Function:
2952  *              Removes this physical page from
2953  *              all physical maps in which it resides.
2954  *              Reflects back modify bits to the pager.
2955  *
2956  *      Notes:
2957  *              Original versions of this routine were very
2958  *              inefficient because they iteratively called
2959  *              pmap_remove (slow...)
2960  */
2961
2962 void
2963 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2964 {
2965         struct md_page *pvh;
2966         pv_entry_t pv;
2967         pmap_t pmap;
2968         struct rwlock *lock;
2969         pd_entry_t *pde, tpde;
2970         pt_entry_t *pte, tpte;
2971         vm_offset_t va;
2972         struct spglist free;
2973         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2974
2975         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2976             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2977         SLIST_INIT(&free);
2978         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2979         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2980             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2981 retry:
2982         rw_wlock(lock);
2983         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2984                 pmap = PV_PMAP(pv);
2985                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2986                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2987                         rw_wunlock(lock);
2988                         PMAP_LOCK(pmap);
2989                         rw_wlock(lock);
2990                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2991                                 rw_wunlock(lock);
2992                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2993                                 goto retry;
2994                         }
2995                 }
2996                 va = pv->pv_va;
2997                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2998                 KASSERT(pte != NULL,
2999                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3000                 KASSERT(lvl == 2,
3001                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3002
3003                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3004                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3005         }
3006         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3007                 pmap = PV_PMAP(pv);
3008                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3009                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3010                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3011                         md_gen = m->md.pv_gen;
3012                         rw_wunlock(lock);
3013                         PMAP_LOCK(pmap);
3014                         rw_wlock(lock);
3015                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3016                                 rw_wunlock(lock);
3017                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3018                                 goto retry;
3019                         }
3020                 }
3021                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3022
3023                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3024                 KASSERT(pde != NULL,
3025                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3026                 KASSERT(lvl == 2,
3027                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3028                 tpde = pmap_load(pde);
3029
3030                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3031                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3032                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3033                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3034                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3035                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3036                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3037                 }
3038
3039                 /*
3040                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3041                  */
3042                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3043                         vm_page_dirty(m);
3044                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3045                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3046                 m->md.pv_gen++;
3047                 free_pv_entry(pmap, pv);
3048                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3049         }
3050         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3051         rw_wunlock(lock);
3052         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3053 }
3054
3055 /*
3056  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3057  */
3058 static void
3059 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3060     pt_entry_t nbits)
3061 {
3062         pd_entry_t old_l2;
3063         vm_page_t m, mt;
3064
3065         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3066         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3067         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3068             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3069         old_l2 = pmap_load(l2);
3070         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3071             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3072
3073         /*
3074          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3075          * in place.
3076          */
3077 retry:
3078         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3079                 return;
3080
3081         /*
3082          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3083          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3084          * pages.
3085          */
3086         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3087             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3088             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3089                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3090                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3091                         vm_page_dirty(mt);
3092         }
3093
3094         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3095                 goto retry;
3096
3097         /*
3098          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3099          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3100          */
3101         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3102 }
3103
3104 /*
3105  *      Set the physical protection on the
3106  *      specified range of this map as requested.
3107  */
3108 void
3109 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3110 {
3111         vm_offset_t va, va_next;
3112         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3113         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3114
3115         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3116         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3117         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3118                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3119                 return;
3120         }
3121
3122         mask = nbits = 0;
3123         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3124                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3125                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3126         }
3127         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3128                 mask |= ATTR_S1_XN;
3129                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3130         }
3131         if (mask == 0)
3132                 return;
3133
3134         PMAP_LOCK(pmap);
3135         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3136                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3137                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3138                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3139                         if (va_next < sva)
3140                                 va_next = eva;
3141                         continue;
3142                 }
3143
3144                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3145                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3146                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3147                         if (va_next < sva)
3148                                 va_next = eva;
3149                         continue;
3150                 }
3151
3152                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3153                 if (va_next < sva)
3154                         va_next = eva;
3155
3156                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3157                 if (pmap_load(l2) == 0)
3158                         continue;
3159
3160                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3161                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3162                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3163                                 continue;
3164                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3165                                 continue;
3166                 }
3167                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3168                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3169
3170                 if (va_next > eva)
3171                         va_next = eva;
3172
3173                 va = va_next;
3174                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3175                     sva += L3_SIZE) {
3176                         l3 = pmap_load(l3p);
3177 retry:
3178                         /*
3179                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3180                          * invalid or already has the desired access
3181                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3182                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3183                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3184                          * have the desired restrictions.)
3185                          */
3186                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3187                                 if (va != va_next) {
3188                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3189                                         va = va_next;
3190                                 }
3191                                 continue;
3192                         }
3193
3194                         /*
3195                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3196                          * update the page's dirty field.
3197                          */
3198                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3199                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3200                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3201                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3202
3203                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3204                                 goto retry;
3205                         if (va == va_next)
3206                                 va = sva;
3207                 }
3208                 if (va != va_next)
3209                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3210         }
3211         PMAP_UNLOCK(pmap);
3212 }
3213
3214 /*
3215  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3216  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3217  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3218  * ordered by this virtual address range.
3219  *
3220  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3221  */
3222 static __inline int
3223 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3224 {
3225
3226         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3227         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3228         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3229 }
3230
3231 /*
3232  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3233  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3234  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3235  * specified virtual address.
3236  */
3237 static __inline vm_page_t
3238 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3239 {
3240
3241         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3242         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3243 }
3244
3245 /*
3246  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3247  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3248  * inconsistent state.
3249  */
3250 static void
3251 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3252     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3253 {
3254         register_t intr;
3255
3256         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3257
3258         /*
3259          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3260          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3261          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3262          */
3263         intr = intr_disable();
3264
3265         /*
3266          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3267          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3268          * lookup the physical address.
3269          */
3270         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3271         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3272
3273         /* Create the new mapping */
3274         pmap_store(pte, newpte);
3275         dsb(ishst);
3276
3277         intr_restore(intr);
3278 }
3279
3280 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3281 /*
3282  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3283  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3284  * for the 2MB page mapping.
3285  */
3286 static void
3287 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3288     struct rwlock **lockp)
3289 {
3290         struct md_page *pvh;
3291         pv_entry_t pv;
3292         vm_offset_t va_last;
3293         vm_page_t m;
3294
3295         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3296             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3297         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3298
3299         /*
3300          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3301          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3302          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3303          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3304          * mappings that is being promoted.
3305          */
3306         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3307         va = va & ~L2_OFFSET;
3308         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3309         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3310         pvh = pa_to_pvh(pa);
3311         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3312         pvh->pv_gen++;
3313         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3314         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3315         do {
3316                 m++;
3317                 va += PAGE_SIZE;
3318                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3319         } while (va < va_last);
3320 }
3321
3322 /*
3323  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3324  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3325  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3326  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3327  * identical characteristics.
3328  */
3329 static void
3330 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3331     struct rwlock **lockp)
3332 {
3333         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3334         vm_page_t mpte;
3335         vm_offset_t sva;
3336
3337         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3338         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3339
3340         sva = va & ~L2_OFFSET;
3341         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3342         newl2 = pmap_load(firstl3);
3343
3344 setl2:
3345         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3346                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3347                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3348                     " in pmap %p", va, pmap);
3349                 return;
3350         }
3351
3352         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3353             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3354                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3355                         goto setl2;
3356                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3357         }
3358
3359         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3360         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3361                 oldl3 = pmap_load(l3);
3362 setl3:
3363                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3364                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3365                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3366                             ~ATTR_SW_DBM))
3367                                 goto setl3;
3368                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3369                 }
3370                 if (oldl3 != pa) {
3371                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3372                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3373                             " in pmap %p", va, pmap);
3374                         return;
3375                 }
3376                 pa -= PAGE_SIZE;
3377         }
3378
3379         /*
3380          * Save the page table page in its current state until the L2
3381          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3382          * destroyed by pmap_remove_l3().
3383          */
3384         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3385         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3386             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3387             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3388         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3389             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3390         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3391                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3392                 CTR2(KTR_PMAP,
3393                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3394                     pmap);
3395                 return;
3396         }
3397
3398         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3399                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3400
3401         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3402         newl2 |= L2_BLOCK;
3403
3404         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3405
3406         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3407         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3408                     pmap);
3409 }
3410 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3411
3412 /*
3413  *      Insert the given physical page (p) at
3414  *      the specified virtual address (v) in the
3415  *      target physical map with the protection requested.
3416  *
3417  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3418  *      that the related pte can not be reclaimed.
3419  *
3420  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3421  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3422  *      insert this page into the given map NOW.
3423  */
3424 int
3425 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3426     u_int flags, int8_t psind)
3427 {
3428         struct rwlock *lock;
3429         pd_entry_t *pde;
3430         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3431         pt_entry_t *l2, *l3;
3432         pv_entry_t pv;
3433         vm_paddr_t opa, pa;
3434         vm_page_t mpte, om;
3435         boolean_t nosleep;
3436         int lvl, rv;
3437
3438         va = trunc_page(va);
3439         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3440                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3441         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3442         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3443         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3444         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3445
3446         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3447                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3448         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3449                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3450                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3451                 else
3452                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3453                 if (pmap != kernel_pmap)
3454                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3455         } else {
3456                 /*
3457                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3458                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3459                  * required to invalidate the I-cache.
3460                  *
3461                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3462                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3463                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3464                  * correctly if it is clear.
3465                  */
3466                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3467                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3468         }
3469         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3470                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3471                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3472                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3473                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3474                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3475                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3476                                 else
3477                                         new_l3 &=
3478                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3479                         }
3480                 }
3481         }
3482
3483         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3484
3485         lock = NULL;
3486         PMAP_LOCK(pmap);
3487         if (psind == 1) {
3488                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3489                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3490                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3491                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3492                     flags, m, &lock);
3493                 goto out;
3494         }
3495         mpte = NULL;
3496
3497         /*
3498          * In the case that a page table page is not
3499          * resident, we are creating it here.
3500          */
3501 retry:
3502         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3503         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3504                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3505                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3506                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3507                         mpte->ref_count++;
3508                 }
3509                 goto havel3;
3510         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3511                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3512                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3513                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3514                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3515                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3516                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3517                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3518                                 mpte->ref_count++;
3519                         }
3520                         goto havel3;
3521                 }
3522                 /* We need to allocate an L3 table. */
3523         }
3524         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3525                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3526
3527                 /*
3528                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3529                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3530                  * was created while we slept.
3531                  */
3532                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3533                     nosleep ? NULL : &lock);
3534                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3535                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3536                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3537                         goto out;
3538                 }
3539                 goto retry;
3540         } else
3541                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3542
3543 havel3:
3544         orig_l3 = pmap_load(l3);
3545         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3546         pv = NULL;
3547
3548         /*
3549          * Is the specified virtual address already mapped?
3550          */
3551         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3552                 /*
3553                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
3554                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
3555                  * into EL2 to perform such actions.
3556                  */
3557                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3558                 /*
3559                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3560                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3561                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3562                  * the PT page will be also.
3563                  */
3564                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3565                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3566                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3567                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3568                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3569                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3570
3571                 /*
3572                  * Remove the extra PT page reference.
3573                  */
3574                 if (mpte != NULL) {
3575                         mpte->ref_count--;
3576                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3577                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3578                              " va: 0x%lx", va));
3579                 }
3580
3581                 /*
3582                  * Has the physical page changed?
3583                  */
3584                 if (opa == pa) {
3585                         /*
3586                          * No, might be a protection or wiring change.
3587                          */
3588                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3589                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3590                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3591                         goto validate;
3592                 }
3593
3594                 /*
3595                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3596                  * the mapping.
3597                  */
3598                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3599                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3600                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3601                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3602                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3603
3604                         /*
3605                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3606                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3607                          * pmap_ts_referenced().
3608                          */
3609                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3610                                 vm_page_dirty(om);
3611                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3612                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3613                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3614                         }
3615                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3616                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3617                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3618                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3619                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3620                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3621                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3622                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3623                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3624                 } else {
3625                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
3626                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
3627                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3628                 }
3629                 orig_l3 = 0;
3630         } else {
3631                 /*
3632                  * Increment the counters.
3633                  */
3634                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3635                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3636                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3637         }
3638         /*
3639          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3640          */
3641         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3642                 if (pv == NULL) {
3643                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3644                         pv->pv_va = va;
3645                 }
3646                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3647                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3648                 m->md.pv_gen++;
3649                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3650                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3651         }
3652
3653 validate:
3654         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3655                 /*
3656                  * Sync icache if exec permission and attribute
3657                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
3658                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
3659                  * later, then other can access this page before caches are
3660                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
3661                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
3662                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
3663                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
3664                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
3665                 */
3666                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3667                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3668                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
3669                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3670                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3671                 }
3672         } else {
3673                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3674         }
3675
3676         /*
3677          * Update the L3 entry
3678          */
3679         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3680                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3681                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3682                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3683                         /* same PA, different attributes */
3684                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
3685                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3686                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3687                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3688                                 vm_page_dirty(m);
3689                 } else {
3690                         /*
3691                          * orig_l3 == new_l3
3692                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3693                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3694                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3695                          * cycle.
3696                          * Another possible reasons are:
3697                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3698                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3699                          *   actual mapping.
3700                          */
3701                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3702                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3703                             __func__, pmap, va, new_l3);
3704                 }
3705         } else {
3706                 /* New mapping */
3707                 pmap_store(l3, new_l3);
3708                 dsb(ishst);
3709         }
3710
3711 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3712         /*
3713          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
3714          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
3715          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
3716          * that is incorrect a stage 2 pmap.
3717          */
3718         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
3719             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
3720             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3721             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3722                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3723         }
3724 #endif
3725
3726         rv = KERN_SUCCESS;
3727 out:
3728         if (lock != NULL)
3729                 rw_wunlock(lock);
3730         PMAP_UNLOCK(pmap);
3731         return (rv);
3732 }
3733
3734 /*
3735  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3736  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3737  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3738  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3739  * PV entry.
3740  */
3741 static bool
3742 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3743     struct rwlock **lockp)
3744 {
3745         pd_entry_t new_l2;
3746
3747         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3748         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3749
3750         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3751             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
3752             L2_BLOCK);
3753         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3754                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3755                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3756         }
3757         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3758             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3759                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
3760         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3761                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3762         else
3763                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
3764         if (pmap != kernel_pmap)
3765                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
3766         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3767             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3768             KERN_SUCCESS);
3769 }
3770
3771 /*
3772  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
3773  * zero.
3774  */
3775 static bool
3776 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
3777 {
3778         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3779
3780         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
3781         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3782         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
3783                 if (*pte != 0)
3784                         return (false);
3785         }
3786         return (true);
3787 }
3788
3789 /*
3790  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3791  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3792  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3793  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
3794  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
3795  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3796  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3797  *
3798  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3799  */
3800 static int
3801 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
3802     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
3803 {
3804         struct spglist free;
3805         pd_entry_t *l2, old_l2;
3806         vm_page_t l2pg, mt;
3807
3808         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3809
3810         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
3811             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
3812                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3813                     va, pmap);
3814                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3815         }
3816
3817         /*
3818          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
3819          */
3820         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
3821                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
3822                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
3823                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
3824                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
3825                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
3826                         if (l2pg != NULL)
3827                                 l2pg->ref_count--;
3828                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
3829                             " in pmap %p", va, pmap);
3830                         return (KERN_FAILURE);
3831                 }
3832                 SLIST_INIT(&free);
3833                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
3834                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
3835                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
3836                 else
3837                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
3838                             &free, lockp);
3839                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3840                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3841                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3842                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3843                 } else {
3844                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3845                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
3846
3847                         /*
3848                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
3849                          * will leave the kernel page table page zero filled.
3850                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
3851                          * entry for the kernel page table page.
3852                          */
3853                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3854                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3855                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3856                         pmap_clear(l2);
3857                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3858                 }
3859         }
3860
3861         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3862                 /*
3863                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3864                  */
3865                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3866                         if (l2pg != NULL)
3867                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
3868                         CTR2(KTR_PMAP,
3869                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3870                             va, pmap);
3871                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3872                 }
3873                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3874                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3875                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3876         }
3877
3878         /*
3879          * Increment counters.
3880          */
3881         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3882                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3883         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3884
3885         /*
3886          * Map the superpage.
3887          */
3888         pmap_store(l2, new_l2);
3889         dsb(ishst);
3890
3891         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3892         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3893             va, pmap);
3894
3895         return (KERN_SUCCESS);
3896 }
3897
3898 /*
3899  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3900  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3901  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3902  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3903  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3904  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3905  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3906  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3907  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3908  * corresponding offset from m_start are mapped.
3909  */
3910 void
3911 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3912     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3913 {
3914         struct rwlock *lock;
3915         vm_offset_t va;
3916         vm_page_t m, mpte;
3917         vm_pindex_t diff, psize;
3918
3919         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3920
3921         psize = atop(end - start);
3922         mpte = NULL;
3923         m = m_start;
3924         lock = NULL;
3925         PMAP_LOCK(pmap);
3926         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3927                 va = start + ptoa(diff);
3928                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3929                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3930                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3931                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3932                 else
3933                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3934                             &lock);
3935                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3936         }
3937         if (lock != NULL)
3938                 rw_wunlock(lock);
3939         PMAP_UNLOCK(pmap);
3940 }
3941
3942 /*
3943  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3944  * 1. Current pmap & pmap exists.
3945  * 2. Not wired.
3946  * 3. Read access.
3947  * 4. No page table pages.
3948  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3949  */
3950
3951 void
3952 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3953 {
3954         struct rwlock *lock;
3955
3956         lock = NULL;
3957         PMAP_LOCK(pmap);
3958         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3959         if (lock != NULL)
3960                 rw_wunlock(lock);
3961         PMAP_UNLOCK(pmap);
3962 }
3963
3964 static vm_page_t
3965 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3966     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3967 {
3968         pd_entry_t *pde;
3969         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3970         vm_paddr_t pa;
3971         int lvl;
3972
3973         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3974             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3975             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3976         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3977         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3978
3979         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3980         /*
3981          * In the case that a page table page is not
3982          * resident, we are creating it here.
3983          */
3984         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3985                 vm_pindex_t l2pindex;
3986
3987                 /*
3988                  * Calculate pagetable page index
3989                  */
3990                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3991                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3992                         mpte->ref_count++;
3993                 } else {
3994                         /*
3995                          * Get the l2 entry
3996                          */
3997                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3998
3999                         /*
4000                          * If the page table page is mapped, we just increment
4001                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4002                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4003                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4004                          */
4005                         if (lvl == 1) {
4006                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4007                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4008                                     L2_BLOCK)
4009                                         return (NULL);
4010                         }
4011                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4012                                 mpte =
4013                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4014                                 mpte->ref_count++;
4015                         } else {
4016                                 /*
4017                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4018                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4019                                  */
4020                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4021                                 if (mpte == NULL)
4022                                         return (mpte);
4023                         }
4024                 }
4025                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4026                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4027         } else {
4028                 mpte = NULL;
4029                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4030                 KASSERT(pde != NULL,
4031                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4032                      va));
4033                 KASSERT(lvl == 2,
4034                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4035                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4036         }
4037
4038         /*
4039          * Abort if a mapping already exists.
4040          */
4041         if (pmap_load(l3) != 0) {
4042                 if (mpte != NULL)
4043                         mpte->ref_count--;
4044                 return (NULL);
4045         }
4046
4047         /*
4048          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4049          */
4050         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4051             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4052                 if (mpte != NULL)
4053                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4054                 return (NULL);
4055         }
4056
4057         /*
4058          * Increment counters
4059          */
4060         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4061
4062         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4063         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4064             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4065         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4066             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4067                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4068         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4069                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4070         else
4071                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4072         if (pmap != kernel_pmap)
4073                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4074
4075         /*
4076          * Now validate mapping with RO protection
4077          */
4078         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4079                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4080                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4081         }
4082
4083         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4084         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4085             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4086                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4087
4088         pmap_store(l3, l3_val);
4089         dsb(ishst);
4090
4091         return (mpte);
4092 }
4093
4094 /*
4095  * This code maps large physical mmap regions into the
4096  * processor address space.  Note that some shortcuts
4097  * are taken, but the code works.
4098  */
4099 void
4100 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4101     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4102 {
4103
4104         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4105         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4106             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4107 }
4108
4109 /*
4110  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4111  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4112  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4113  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4114  *
4115  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4116  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4117  */
4118 void
4119 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4120 {
4121         vm_offset_t va_next;
4122         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4123         pt_entry_t *l3;
4124
4125         PMAP_LOCK(pmap);
4126         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4127                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4128                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4129                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4130                         if (va_next < sva)
4131                                 va_next = eva;
4132                         continue;
4133                 }
4134
4135                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4136                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4137                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4138                         if (va_next < sva)
4139                                 va_next = eva;
4140                         continue;
4141                 }
4142
4143                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4144                 if (va_next < sva)
4145                         va_next = eva;
4146
4147                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4148                 if (pmap_load(l2) == 0)
4149                         continue;
4150
4151                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4152                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4153                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4154                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4155
4156                         /*
4157                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4158                          * demote the mapping and fall through.
4159                          */
4160                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4161                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4162                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4163                                     PAGE_SIZE;
4164                                 continue;
4165                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4166                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4167                 }
4168                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4169                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4170
4171                 if (va_next > eva)
4172                         va_next = eva;
4173                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4174                     sva += L3_SIZE) {
4175                         if (pmap_load(l3) == 0)
4176                                 continue;
4177                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4178                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4179                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4180
4181                         /*
4182                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4183                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4184                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4185                          */
4186                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4187                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4188                 }
4189         }
4190         PMAP_UNLOCK(pmap);
4191 }
4192
4193 /*
4194  *      Copy the range specified by src_addr/len
4195  *      from the source map to the range dst_addr/len
4196  *      in the destination map.
4197  *
4198  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4199  *
4200  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4201  *      it should not have to flush the instruction cache.
4202  */
4203 void
4204 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4205     vm_offset_t src_addr)
4206 {
4207         struct rwlock *lock;
4208         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4209         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4210         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4211         vm_page_t dst_l2pg, dstmpte, srcmpte;
4212
4213         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4214         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4215
4216         if (dst_addr != src_addr)
4217                 return;
4218         end_addr = src_addr + len;
4219         lock = NULL;
4220         if (dst_pmap < src_pmap) {
4221                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4222                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4223         } else {
4224                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4225                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4226         }
4227         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4228                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4229                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4230                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4231                         if (va_next < addr)
4232                                 va_next = end_addr;
4233                         continue;
4234                 }
4235                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4236                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4237                         va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4238                         if (va_next < addr)
4239                                 va_next = end_addr;
4240                         continue;
4241                 }
4242                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4243                 if (va_next < addr)
4244                         va_next = end_addr;
4245                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4246                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4247                 if (srcptepaddr == 0)
4248                         continue;
4249                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4250                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4251                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4252                                 continue;
4253                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_l2pg, NULL);
4254                         if (l2 == NULL)
4255                                 break;
4256                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4257                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4258                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4259                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4260                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4261                                 nbits = 0;
4262                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4263                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4264                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4265                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4266                                     PAGE_SIZE);
4267                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4268                         } else
4269                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_l2pg);
4270                         continue;
4271                 }
4272                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4273                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4274                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4275                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4276                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4277                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4278                 if (va_next > end_addr)
4279                         va_next = end_addr;
4280                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4281                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4282                 dstmpte = NULL;
4283                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4284                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4285
4286                         /*
4287                          * We only virtual copy managed pages.
4288                          */
4289                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4290                                 continue;
4291
4292                         if (dstmpte != NULL) {
4293                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4294                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4295                                 dstmpte->ref_count++;
4296                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4297                             NULL)) == NULL)
4298                                 goto out;
4299                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4300                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4301                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4302                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4303                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4304                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4305                                 /*
4306                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4307                                  * (referenced) bits during the copy.
4308                                  */
4309                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4310                                 nbits = 0;
4311                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4312                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4313                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4314                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4315                         } else {
4316                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4317                                 goto out;
4318                         }
4319                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4320                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4321                                 break;
4322                 }
4323         }
4324 out:
4325         /*
4326          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4327          * not active.
4328          */
4329         dsb(ishst);
4330
4331         if (lock != NULL)
4332                 rw_wunlock(lock);
4333         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4334         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4335 }
4336
4337 /*
4338  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4339  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4340  */
4341 void
4342 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4343 {
4344         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4345
4346         pagezero((void *)va);
4347 }
4348
4349 /*
4350  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4351  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4352  *
4353  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4354  */
4355 void
4356 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4357 {
4358         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4359
4360         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4361                 pagezero((void *)va);
4362         else
4363                 bzero((char *)va + off, size);
4364 }
4365
4366 /*
4367  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4368  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4369  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4370  *      time.
4371  */
4372 void
4373 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4374 {
4375         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4376         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4377
4378         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4379 }
4380
4381 int unmapped_buf_allowed = 1;
4382
4383 void
4384 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4385     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4386 {
4387         void *a_cp, *b_cp;
4388         vm_page_t m_a, m_b;
4389         vm_paddr_t p_a, p_b;
4390         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4391         int cnt;
4392
4393         while (xfersize > 0) {
4394                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4395                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4396                 p_a = m_a->phys_addr;
4397                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4398                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4399                 p_b = m_b->phys_addr;
4400                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4401                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4402                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4403                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4404                 } else {
4405                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4406                 }
4407                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4408                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4409                 } else {
4410                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4411                 }
4412                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4413                 a_offset += cnt;
4414                 b_offset += cnt;
4415                 xfersize -= cnt;
4416         }
4417 }
4418
4419 vm_offset_t
4420 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4421 {
4422
4423         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4424 }
4425
4426 void
4427 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4428 {
4429 }
4430
4431 /*
4432  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4433  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4434  * be changed upwards or downwards in the future; it
4435  * is only necessary that true be returned for a small
4436  * subset of pmaps for proper page aging.
4437  */
4438 boolean_t
4439 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4440 {
4441         struct md_page *pvh;
4442         struct rwlock *lock;
4443         pv_entry_t pv;
4444         int loops = 0;
4445         boolean_t rv;
4446
4447         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4448             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4449         rv = FALSE;
4450         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4451         rw_rlock(lock);
4452         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4453                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4454                         rv = TRUE;
4455                         break;
4456                 }
4457                 loops++;
4458                 if (loops >= 16)
4459                         break;
4460         }
4461         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4462                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4463                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4464                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4465                                 rv = TRUE;
4466                                 break;
4467                         }
4468                         loops++;
4469                         if (loops >= 16)
4470                                 break;
4471                 }
4472         }
4473         rw_runlock(lock);
4474         return (rv);
4475 }
4476
4477 /*
4478  *      pmap_page_wired_mappings:
4479  *
4480  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4481  *      that are wired.
4482  */
4483 int
4484 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4485 {
4486         struct rwlock *lock;
4487         struct md_page *pvh;
4488         pmap_t pmap;
4489         pt_entry_t *pte;
4490         pv_entry_t pv;
4491         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4492
4493         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4494                 return (0);
4495         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4496         rw_rlock(lock);
4497 restart:
4498         count = 0;
4499         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4500                 pmap = PV_PMAP(pv);
4501                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4502                         md_gen = m->md.pv_gen;
4503                         rw_runlock(lock);
4504                         PMAP_LOCK(pmap);
4505                         rw_rlock(lock);
4506                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4507                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4508                                 goto restart;
4509                         }
4510                 }
4511                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4512                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4513                         count++;
4514                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4515         }
4516         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4517                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4518                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4519                         pmap = PV_PMAP(pv);
4520                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4521                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4522                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4523                                 rw_runlock(lock);
4524                                 PMAP_LOCK(pmap);
4525                                 rw_rlock(lock);
4526                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4527                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4528                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4529                                         goto restart;
4530                                 }
4531                         }
4532                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4533                         if (pte != NULL &&
4534                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4535                                 count++;
4536                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4537                 }
4538         }
4539         rw_runlock(lock);
4540         return (count);
4541 }
4542
4543 /*
4544  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4545  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4546  */
4547 bool
4548 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4549 {
4550         struct rwlock *lock;
4551         bool rv;
4552
4553         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4554                 return (false);
4555         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4556         rw_rlock(lock);
4557         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4558             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4559             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4560         rw_runlock(lock);
4561         return (rv);
4562 }
4563
4564 /*
4565  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4566  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4567  * caller.
4568  *
4569  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4570  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4571  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4572  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4573  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4574  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4575  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4576  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4577  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4578  * this function starts.
4579  */
4580 void
4581 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4582 {
4583         pd_entry_t *pde;
4584         pt_entry_t *pte, tpte;
4585         struct spglist free;
4586         vm_page_t m, ml3, mt;
4587         pv_entry_t pv;
4588         struct md_page *pvh;
4589         struct pv_chunk *pc, *npc;
4590         struct rwlock *lock;
4591         int64_t bit;
4592         uint64_t inuse, bitmask;
4593         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4594         vm_paddr_t pa;
4595
4596         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4597
4598         lock = NULL;
4599
4600         SLIST_INIT(&free);
4601         PMAP_LOCK(pmap);
4602         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4603                 allfree = 1;
4604                 freed = 0;
4605                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4606                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4607                         while (inuse != 0) {
4608                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4609                                 bitmask = 1UL << bit;
4610                                 idx = field * 64 + bit;
4611                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4612                                 inuse &= ~bitmask;
4613
4614                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4615                                 KASSERT(pde != NULL,
4616                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4617
4618                                 switch(lvl) {
4619                                 case 1:
4620                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4621                                         tpte = pmap_load(pte); 
4622                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4623                                             L2_BLOCK,
4624                                             ("Attempting to remove an invalid "
4625                                             "block: %lx", tpte));
4626                                         break;
4627                                 case 2:
4628                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4629                                         tpte = pmap_load(pte);
4630                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4631                                             L3_PAGE,
4632                                             ("Attempting to remove an invalid "
4633                                              "page: %lx", tpte));
4634                                         break;
4635                                 default:
4636                                         panic(
4637                                             "Invalid page directory level: %d",
4638                                             lvl);
4639                                 }
4640
4641 /*
4642  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4643  */
4644                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4645                                         allfree = 0;
4646                                         continue;
4647                                 }
4648
4649                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4650
4651                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4652                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4653                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4654                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4655                                     (uintmax_t)tpte));
4656
4657                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4658                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4659                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4660                                     (uintmax_t)tpte));
4661
4662                                 /*
4663                                  * Because this pmap is not active on other
4664                                  * processors, the dirty bit cannot have
4665                                  * changed state since we last loaded pte.
4666                                  */
4667                                 pmap_clear(pte);
4668
4669                                 /*
4670                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4671                                  */
4672                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
4673                                         switch (lvl) {
4674                                         case 1:
4675                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4676                                                         vm_page_dirty(mt);
4677                                                 break;
4678                                         case 2:
4679                                                 vm_page_dirty(m);
4680                                                 break;
4681                                         }
4682                                 }
4683
4684                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4685
4686                                 /* Mark free */
4687                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4688                                 switch (lvl) {
4689                                 case 1:
4690                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4691                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4692                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4693                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4694                                         pvh->pv_gen++;
4695                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4696                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4697                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4698                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4699                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4700                                         }
4701                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4702                                             pv->pv_va);
4703                                         if (ml3 != NULL) {
4704                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4705                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4706                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4707                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
4708                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
4709                                                 ml3->ref_count = 0;
4710                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4711                                                     &free, FALSE);
4712                                         }
4713                                         break;
4714                                 case 2:
4715                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4716                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4717                                             pv_next);
4718                                         m->md.pv_gen++;
4719                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4720                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4721                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4722                                                 pvh = pa_to_pvh(
4723                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4724                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4725                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4726                                                             PGA_WRITEABLE);
4727                                         }
4728                                         break;
4729                                 }
4730                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4731                                     &free);
4732                                 freed++;
4733                         }
4734                 }
4735                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4736                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4737                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4738                 if (allfree) {
4739                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4740                         free_pv_chunk(pc);
4741                 }
4742         }
4743         if (lock != NULL)
4744                 rw_wunlock(lock);
4745         pmap_invalidate_all(pmap);
4746         PMAP_UNLOCK(pmap);
4747         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4748 }
4749
4750 /*
4751  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
4752  */
4753 static boolean_t
4754 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4755 {
4756         struct rwlock *lock;
4757         pv_entry_t pv;
4758         struct md_page *pvh;
4759         pt_entry_t *pte, mask, value;
4760         pmap_t pmap;
4761         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4762         boolean_t rv;
4763
4764         rv = FALSE;
4765         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4766         rw_rlock(lock);
4767 restart:
4768         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4769                 pmap = PV_PMAP(pv);
4770                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4771                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4772                         md_gen = m->md.pv_gen;
4773                         rw_runlock(lock);
4774                         PMAP_LOCK(pmap);
4775                         rw_rlock(lock);
4776                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4777                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4778                                 goto restart;
4779                         }
4780                 }
4781                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4782                 KASSERT(lvl == 3,
4783                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4784                 mask = 0;
4785                 value = 0;
4786                 if (modified) {
4787                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4788                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4789                 }
4790                 if (accessed) {
4791                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4792                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
4793                 }
4794                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4795                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4796                 if (rv)
4797                         goto out;
4798         }
4799         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4800                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4801                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4802                         pmap = PV_PMAP(pv);
4803                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4804                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4805                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4806                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4807                                 rw_runlock(lock);
4808                                 PMAP_LOCK(pmap);
4809                                 rw_rlock(lock);
4810                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4811                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4812                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4813                                         goto restart;
4814                                 }
4815                         }
4816                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4817                         KASSERT(lvl == 2,
4818                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4819                         mask = 0;
4820                         value = 0;
4821                         if (modified) {
4822                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4823                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4824                         }
4825                         if (accessed) {
4826                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4827                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
4828                         }
4829                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4830                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4831                         if (rv)
4832                                 goto out;
4833                 }
4834         }
4835 out:
4836         rw_runlock(lock);
4837         return (rv);
4838 }
4839
4840 /*
4841  *      pmap_is_modified:
4842  *
4843  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4844  *      in any physical maps.
4845  */
4846 boolean_t
4847 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4848 {
4849
4850         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4851             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4852
4853         /*
4854          * If the page is not busied then this check is racy.
4855          */
4856         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4857                 return (FALSE);
4858         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
4859 }
4860
4861 /*
4862  *      pmap_is_prefaultable:
4863  *
4864  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
4865  *      for prefault.
4866  */
4867 boolean_t
4868 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4869 {
4870         pt_entry_t *pte;
4871         boolean_t rv;
4872         int lvl;
4873
4874         rv = FALSE;
4875         PMAP_LOCK(pmap);
4876         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
4877         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
4878                 rv = TRUE;
4879         }
4880         PMAP_UNLOCK(pmap);
4881         return (rv);
4882 }
4883
4884 /*
4885  *      pmap_is_referenced:
4886  *
4887  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4888  *      in any physical maps.
4889  */
4890 boolean_t
4891 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4892 {
4893
4894         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4895             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4896         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
4897 }
4898
4899 /*
4900  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4901  */
4902 void
4903 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4904 {
4905         struct md_page *pvh;
4906         pmap_t pmap;
4907         struct rwlock *lock;
4908         pv_entry_t next_pv, pv;
4909         pt_entry_t oldpte, *pte;
4910         vm_offset_t va;
4911         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4912
4913         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4914             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4915         vm_page_assert_busied(m);
4916
4917         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4918                 return;
4919         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4920         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4921             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4922 retry_pv_loop:
4923         rw_wlock(lock);
4924         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4925                 pmap = PV_PMAP(pv);
4926                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4927                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4928                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4929                         rw_wunlock(lock);
4930                         PMAP_LOCK(pmap);
4931                         rw_wlock(lock);
4932                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4933                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4934                                 rw_wunlock(lock);
4935                                 goto retry_pv_loop;
4936                         }
4937                 }
4938                 va = pv->pv_va;
4939                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4940                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
4941                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
4942                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4943                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4944                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4945                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4946         }
4947         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4948                 pmap = PV_PMAP(pv);
4949                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4950                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4951                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4952                         md_gen = m->md.pv_gen;
4953                         rw_wunlock(lock);
4954                         PMAP_LOCK(pmap);
4955                         rw_wlock(lock);
4956                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4957                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4958                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4959                                 rw_wunlock(lock);
4960                                 goto retry_pv_loop;
4961                         }
4962                 }
4963                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4964                 oldpte = pmap_load(pte);
4965 retry:
4966                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
4967                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
4968                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
4969                                 goto retry;
4970                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
4971                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
4972                                 vm_page_dirty(m);
4973                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4974                 }
4975                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4976         }
4977         rw_wunlock(lock);
4978         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4979 }
4980
4981 /*
4982  *      pmap_ts_referenced:
4983  *
4984  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4985  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4986  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4987  *      reference bits set.
4988  *
4989  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4990  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4991  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4992  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4993  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4994  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4995  *      to pmap_is_modified().
4996  */
4997 int
4998 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4999 {
5000         struct md_page *pvh;
5001         pv_entry_t pv, pvf;
5002         pmap_t pmap;
5003         struct rwlock *lock;
5004         pd_entry_t *pde, tpde;
5005         pt_entry_t *pte, tpte;
5006         vm_offset_t va;
5007         vm_paddr_t pa;
5008         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5009         struct spglist free;
5010
5011         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5012             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5013         SLIST_INIT(&free);
5014         cleared = 0;
5015         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5016         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5017         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
5018         rw_wlock(lock);
5019 retry:
5020         not_cleared = 0;
5021         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5022                 goto small_mappings;
5023         pv = pvf;
5024         do {
5025                 if (pvf == NULL)
5026                         pvf = pv;
5027                 pmap = PV_PMAP(pv);
5028                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5029                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5030                         rw_wunlock(lock);
5031                         PMAP_LOCK(pmap);
5032                         rw_wlock(lock);
5033                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5034                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5035                                 goto retry;
5036                         }
5037                 }
5038                 va = pv->pv_va;
5039                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5040                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5041                 KASSERT(lvl == 1,
5042                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5043                 tpde = pmap_load(pde);
5044                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5045                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5046                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5047                 tpte = pmap_load(pte);
5048                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5049                         /*
5050                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5051                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5052                          * we only update the 4KB page under test.
5053                          */
5054                         vm_page_dirty(m);
5055                 }
5056
5057                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5058                         /*
5059                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5060                          * it should not be cleared every time it is tested.
5061                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5062                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5063                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5064                          * which testing the reference bit will result in
5065                          * clearing that reference bit.  This function is
5066                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5067                          * for every 2MB page mapping.
5068                          *
5069                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5070                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5071                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5072                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5073                          * since the superpage is wired, the current state of
5074                          * its reference bit won't affect page replacement.
5075                          */
5076                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5077                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5078                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5079                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5080                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5081                                 cleared++;
5082                         } else
5083                                 not_cleared++;
5084                 }
5085                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5086                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5087                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5088                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5089                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5090                         pvh->pv_gen++;
5091                 }
5092                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5093                         goto out;
5094         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5095 small_mappings:
5096         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5097                 goto out;
5098         pv = pvf;
5099         do {
5100                 if (pvf == NULL)
5101                         pvf = pv;
5102                 pmap = PV_PMAP(pv);
5103                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5104                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5105                         md_gen = m->md.pv_gen;
5106                         rw_wunlock(lock);
5107                         PMAP_LOCK(pmap);
5108                         rw_wlock(lock);
5109                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5110                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5111                                 goto retry;
5112                         }
5113                 }
5114                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5115                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5116                 KASSERT(lvl == 2,
5117                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5118                 tpde = pmap_load(pde);
5119                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5120                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5121                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5122                 tpte = pmap_load(pte);
5123                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5124                         vm_page_dirty(m);
5125                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5126                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5127                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5128                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5129                                 cleared++;
5130                         } else
5131                                 not_cleared++;
5132                 }
5133                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5134                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5135                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5136                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5137                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5138                         m->md.pv_gen++;
5139                 }
5140         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5141             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5142 out:
5143         rw_wunlock(lock);
5144         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5145         return (cleared + not_cleared);
5146 }
5147
5148 /*
5149  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5150  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5151  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5152  */
5153 void
5154 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5155 {
5156         struct rwlock *lock;
5157         vm_offset_t va, va_next;
5158         vm_page_t m;
5159         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5160         pt_entry_t *l3, oldl3;
5161
5162         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5163
5164         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5165                 return;
5166
5167         PMAP_LOCK(pmap);
5168         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5169                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5170                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5171                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5172                         if (va_next < sva)
5173                                 va_next = eva;
5174                         continue;
5175                 }
5176                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5177                 if (pmap_load(l1) == 0) {
5178                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5179                         if (va_next < sva)
5180                                 va_next = eva;
5181                         continue;
5182                 }
5183                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5184                 if (va_next < sva)
5185                         va_next = eva;
5186                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5187                 oldl2 = pmap_load(l2);
5188                 if (oldl2 == 0)
5189                         continue;
5190                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5191                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5192                                 continue;
5193                         lock = NULL;
5194                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5195                                 if (lock != NULL)
5196                                         rw_wunlock(lock);
5197
5198                                 /*
5199                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5200                                  */
5201                                 continue;
5202                         }
5203
5204                         /*
5205                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5206                          * mapping to a single page so that a subsequent
5207                          * access may repromote.  Choosing the last page
5208                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5209                          * generally results in more repromotions.  Since the
5210                          * underlying page table page is fully populated, this
5211                          * removal never frees a page table page.
5212                          */
5213                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5214                                 va = eva;
5215                                 if (va > va_next)
5216                                         va = va_next;
5217                                 va -= PAGE_SIZE;
5218                                 KASSERT(va >= sva,
5219                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5220                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5221                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5222                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5223                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5224                                     NULL, &lock);
5225                         }
5226                         if (lock != NULL)
5227                                 rw_wunlock(lock);
5228                 }
5229                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5230                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5231                 if (va_next > eva)
5232                         va_next = eva;
5233                 va = va_next;
5234                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5235                     sva += L3_SIZE) {
5236                         oldl3 = pmap_load(l3);
5237                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5238                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5239                                 goto maybe_invlrng;
5240                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5241                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5242                                         /*
5243                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5244                                          * can be avoided by making the page
5245                                          * dirty now.
5246                                          */
5247                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5248                                         vm_page_dirty(m);
5249                                 }
5250                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5251                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5252                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5253                                         cpu_spinwait();
5254                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5255                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5256                         else
5257                                 goto maybe_invlrng;
5258                         if (va == va_next)
5259                                 va = sva;
5260                         continue;
5261 maybe_invlrng:
5262                         if (va != va_next) {
5263                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5264                                 va = va_next;
5265                         }
5266                 }
5267                 if (va != va_next)
5268                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5269         }
5270         PMAP_UNLOCK(pmap);
5271 }
5272
5273 /*
5274  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5275  */
5276 void
5277 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5278 {
5279         struct md_page *pvh;
5280         struct rwlock *lock;
5281         pmap_t pmap;
5282         pv_entry_t next_pv, pv;
5283         pd_entry_t *l2, oldl2;
5284         pt_entry_t *l3, oldl3;
5285         vm_offset_t va;
5286         int md_gen, pvh_gen;
5287
5288         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5289             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5290         vm_page_assert_busied(m);
5291
5292         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5293                 return;
5294         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5295             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5296         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5297         rw_wlock(lock);
5298 restart:
5299         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5300                 pmap = PV_PMAP(pv);
5301                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5302                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5303                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5304                         rw_wunlock(lock);
5305                         PMAP_LOCK(pmap);
5306                         rw_wlock(lock);
5307                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5308                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5309                                 goto restart;
5310                         }
5311                 }
5312                 va = pv->pv_va;
5313                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5314                 oldl2 = pmap_load(l2);
5315                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5316                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5317                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5318                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5319                         /*
5320                          * Write protect the mapping to a single page so that
5321                          * a subsequent write access may repromote.
5322                          */
5323                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5324                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5325                         oldl3 = pmap_load(l3);
5326                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5327                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5328                                 cpu_spinwait();
5329                         vm_page_dirty(m);
5330                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5331                 }
5332                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5333         }
5334         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5335                 pmap = PV_PMAP(pv);
5336                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5337                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5338                         md_gen = m->md.pv_gen;
5339                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5340                         rw_wunlock(lock);
5341                         PMAP_LOCK(pmap);
5342                         rw_wlock(lock);
5343                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5344                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5345                                 goto restart;
5346                         }
5347                 }
5348                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5349                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5350                 oldl3 = pmap_load(l3);
5351                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5352                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5353                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5354                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5355                 }
5356                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5357         }
5358         rw_wunlock(lock);
5359 }
5360
5361 void *
5362 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5363 {
5364         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5365         vm_offset_t va, offset;
5366         pd_entry_t *pde;
5367         pt_entry_t *l2;
5368         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5369
5370         if (!vm_initialized) {
5371                 /*
5372                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5373                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5374                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5375                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5376                  */
5377                  if (size == 0)
5378                          return (NULL);
5379
5380                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5381                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5382                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5383
5384                 offset = pa & L2_OFFSET;
5385
5386                 if (preinit_map_va == 0)
5387                         return (NULL);
5388
5389                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5390
5391                 free_l2_count = 0;
5392                 start_idx = -1;
5393                 /* Find enough free contiguous VA space */
5394                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5395                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5396                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5397                                 /* Not enough space here */
5398                                 free_l2_count = 0;
5399                                 start_idx = -1;
5400                                 continue;
5401                         }
5402
5403                         if (ppim->pa == 0) {
5404                                 /* Free L2 block */
5405                                 if (start_idx == -1)
5406                                         start_idx = i;
5407                                 free_l2_count++;
5408                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5409                                         break;
5410                         }
5411                 }
5412                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5413                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5414
5415                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5416                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5417                         /* Mark entries as allocated */
5418                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5419                         ppim->pa = pa;
5420                         ppim->va = va + offset;
5421                         ppim->size = size;
5422                 }
5423
5424                 /* Map L2 blocks */
5425                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5426                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5427                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5428                         KASSERT(pde != NULL,
5429                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5430                             va));
5431                         KASSERT(lvl == 1,
5432                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5433
5434                         /* Insert L2_BLOCK */
5435                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5436                         pmap_load_store(l2,
5437                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5438                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5439
5440                         va += L2_SIZE;
5441                         pa += L2_SIZE;
5442                 }
5443                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5444
5445                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5446
5447         } else {
5448                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5449                 offset = pa & PAGE_MASK;
5450                 size = round_page(offset + size);
5451
5452                 va = kva_alloc(size);
5453                 if (va == 0)
5454                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5455
5456                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5457                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5458
5459                 /* L3 table is linked */
5460                 va = trunc_page(va);
5461                 pa = trunc_page(pa);
5462                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
5463         }
5464
5465         return ((void *)(va + offset));
5466 }
5467
5468 void
5469 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5470 {
5471         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5472         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5473         pd_entry_t *pde;
5474         pt_entry_t *l2;
5475         int i, lvl, l2_blocks, block;
5476         bool preinit_map;
5477
5478         l2_blocks =
5479            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5480         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5481
5482         /* Remove preinit mapping */
5483         preinit_map = false;
5484         block = 0;
5485         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5486                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5487                 if (ppim->va == va) {
5488                         KASSERT(ppim->size == size,
5489                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5490                         ppim->va = 0;
5491                         ppim->pa = 0;
5492                         ppim->size = 0;
5493                         preinit_map = true;
5494                         offset = block * L2_SIZE;
5495                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5496
5497                         /* Remove L2_BLOCK */
5498                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5499                         KASSERT(pde != NULL,
5500                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5501                             va_trunc));
5502                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5503                         pmap_clear(l2);
5504
5505                         if (block == (l2_blocks - 1))
5506                                 break;
5507                         block++;
5508                 }
5509         }
5510         if (preinit_map) {
5511                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5512                 return;
5513         }
5514
5515         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5516         if (vm_initialized) {
5517                 offset = va & PAGE_MASK;
5518                 size = round_page(offset + size);
5519                 va = trunc_page(va);
5520
5521                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5522                 KASSERT(pde != NULL,
5523                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5524                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5525
5526                 /* Unmap and invalidate the pages */
5527                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5528                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5529
5530                 kva_free(va, size);
5531         }
5532 }
5533
5534 /*
5535  * Sets the memory attribute for the specified page.
5536  */
5537 void
5538 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5539 {
5540
5541         m->md.pv_memattr = ma;
5542
5543         /*
5544          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5545          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5546          * required for data coherence.
5547          */
5548         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5549             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5550             m->md.pv_memattr) != 0)
5551                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5552 }
5553
5554 /*
5555  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5556  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5557  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5558  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5559  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5560  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5561  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5562  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5563  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5564  * same physical page have different memory types.
5565  *
5566  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5567  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5568  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5569  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5570  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5571  * virtual address range or the direct map.
5572  */
5573 int
5574 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5575 {
5576         int error;
5577
5578         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5579         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5580         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5581         return (error);
5582 }
5583
5584 static int
5585 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5586 {
5587         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5588         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5589         int lvl;
5590
5591         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5592         base = trunc_page(va);
5593         offset = va & PAGE_MASK;
5594         size = round_page(offset + size);
5595
5596         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
5597             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
5598                 return (EINVAL);
5599
5600         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5601                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5602                 if (pte == NULL)
5603                         return (EINVAL);
5604
5605                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
5606                         /*
5607                          * We already have the correct attribute,
5608                          * ignore this entry.
5609                          */
5610                         switch (lvl) {
5611                         default:
5612                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5613                         case 1:
5614                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5615                                 break;
5616                         case 2:
5617                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5618                                 break;
5619                         case 3:
5620                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5621                                 break;
5622                         }
5623                 } else {
5624                         /*
5625                          * Split the entry to an level 3 table, then
5626                          * set the new attribute.
5627                          */
5628                         switch (lvl) {
5629                         default:
5630                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5631                         case 1:
5632                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5633                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5634                                 if (newpte == NULL)
5635                                         return (EINVAL);
5636                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5637                         case 2:
5638                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5639                                     tmpva);
5640                                 if (newpte == NULL)
5641                                         return (EINVAL);
5642                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5643                         case 3:
5644                                 /* Update the entry */
5645                                 l3 = pmap_load(pte);
5646                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
5647                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
5648                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
5649                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
5650
5651                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5652                                     PAGE_SIZE);
5653
5654                                 /*
5655                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5656                                  * the cache.
5657                                  */
5658                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5659                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5660
5661                                 break;
5662                         }
5663                         tmpva += PAGE_SIZE;
5664                 }
5665         }
5666
5667         return (0);
5668 }
5669
5670 /*
5671  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5672  */
5673 static pt_entry_t *
5674 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5675 {
5676         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5677         vm_offset_t tmpl1;
5678         vm_paddr_t l2phys, phys;
5679         vm_page_t ml2;
5680         int i;
5681
5682         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5683         oldl1 = pmap_load(l1);
5684         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5685             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5686         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5687             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5688         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5689             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5690
5691         tmpl1 = 0;
5692         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5693                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5694                 if (tmpl1 == 0)
5695                         return (NULL);
5696         }
5697
5698         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5699             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5700                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5701                     " in pmap %p", va, pmap);
5702                 return (NULL);
5703         }
5704
5705         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5706         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5707
5708         /* Address the range points at */
5709         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5710         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5711         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5712
5713         /* Create the new entries */
5714         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5715                 l2[i] = newl2 | phys;
5716                 phys += L2_SIZE;
5717         }
5718         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5719             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5720             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5721
5722         if (tmpl1 != 0) {
5723                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5724                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
5725                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5726                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5727         }
5728
5729         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5730
5731         if (tmpl1 != 0) {
5732                 pmap_kremove(tmpl1);
5733                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5734         }
5735
5736         return (l2);
5737 }
5738
5739 static void
5740 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5741 {
5742         pt_entry_t *l3;
5743
5744         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5745                 *l3 = newl3;
5746                 newl3 += L3_SIZE;
5747         }
5748 }
5749
5750 static void
5751 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
5752     struct rwlock **lockp)
5753 {
5754         struct spglist free;
5755
5756         SLIST_INIT(&free);
5757         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
5758             lockp);
5759         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5760 }
5761
5762 /*
5763  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
5764  */
5765 static pt_entry_t *
5766 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
5767     struct rwlock **lockp)
5768 {
5769         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
5770         vm_offset_t tmpl2;
5771         vm_paddr_t l3phys;
5772         vm_page_t ml3;
5773
5774         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5775         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5776         l3 = NULL;
5777         oldl2 = pmap_load(l2);
5778         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
5779             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
5780         va &= ~L2_OFFSET;
5781
5782         tmpl2 = 0;
5783         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
5784                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5785                 if (tmpl2 == 0)
5786                         return (NULL);
5787         }
5788
5789         /*
5790          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5791          * mapping was never accessed.
5792          */
5793         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
5794                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5795                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
5796                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5797                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
5798                     va, pmap);
5799                 goto fail;
5800         }
5801
5802         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
5803                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5804                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
5805                     " is missing"));
5806
5807                 /*
5808                  * If the page table page is missing and the mapping
5809                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5810                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5811                  * for every other part of the kernel address space,
5812                  * so the direct map region is the only part of the
5813                  * kernel address space that must be handled here.
5814                  */
5815                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
5816                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
5817
5818                 /*
5819                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5820                  * region of the kernel's address space, then the page
5821                  * allocation request specifies the highest possible
5822                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5823                  * priority is normal.
5824                  */
5825                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
5826                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5827                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5828
5829                 /*
5830                  * If the allocation of the new page table page fails,
5831                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5832                  */
5833                 if (ml3 == NULL) {
5834                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5835                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
5836                             " in pmap %p", va, pmap);
5837                         goto fail;
5838                 }
5839
5840                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5841                         ml3->ref_count = NL3PG;
5842                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5843                 }
5844         }
5845         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
5846         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
5847         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
5848         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
5849             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
5850             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
5851
5852         /*
5853          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5854          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
5855          *
5856          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
5857          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
5858          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
5859          */
5860         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
5861                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
5862
5863         /*
5864          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
5865          */
5866         if (tmpl2 != 0) {
5867                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
5868                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
5869                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5870                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
5871         }
5872
5873         /*
5874          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5875          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5876          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
5877          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5878          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
5879          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5880          */
5881         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5882                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
5883
5884         /*
5885          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
5886          * the 2MB page mapping.
5887          */
5888         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5889
5890         /*
5891          * Demote the PV entry.
5892          */
5893         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5894                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
5895
5896         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
5897         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
5898             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
5899
5900 fail:
5901         if (tmpl2 != 0) {
5902                 pmap_kremove(tmpl2);
5903                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
5904         }
5905
5906         return (l3);
5907
5908 }
5909
5910 static pt_entry_t *
5911 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
5912 {
5913         struct rwlock *lock;
5914         pt_entry_t *l3;
5915
5916         lock = NULL;
5917         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
5918         if (lock != NULL)
5919                 rw_wunlock(lock);
5920         return (l3);
5921 }
5922
5923 /*
5924  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5925  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5926  * find other mappings.
5927  */
5928 int
5929 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5930 {
5931         pt_entry_t *pte, tpte;
5932         vm_paddr_t mask, pa;
5933         int lvl, val;
5934         bool managed;
5935
5936         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5937         PMAP_LOCK(pmap);
5938         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5939         if (pte != NULL) {
5940                 tpte = pmap_load(pte);
5941
5942                 switch (lvl) {
5943                 case 3:
5944                         mask = L3_OFFSET;
5945                         break;
5946                 case 2:
5947                         mask = L2_OFFSET;
5948                         break;
5949                 case 1:
5950                         mask = L1_OFFSET;
5951                         break;
5952                 default:
5953                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
5954                 }
5955
5956                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
5957                 val = MINCORE_INCORE;
5958                 if (lvl != 3)
5959                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
5960                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
5961                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
5962                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5963                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
5964                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5965
5966                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
5967         } else {
5968                 managed = false;
5969                 val = 0;
5970         }
5971
5972         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5973             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
5974                 *pap = pa;
5975         }
5976         PMAP_UNLOCK(pmap);
5977         return (val);
5978 }
5979
5980 /*
5981  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
5982  * reserved.
5983  */
5984 static void
5985 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
5986 {
5987         pmap_t curpmap;
5988         int asid, cpuid, epoch;
5989         struct asid_set *set;
5990         enum pmap_stage stage;
5991
5992         set = pmap->pm_asid_set;
5993         stage = pmap->pm_stage;
5994
5995         set = pmap->pm_asid_set;
5996         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
5997         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
5998
5999         /*
6000          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6001          * loads from pc_curpmap are performed.
6002          */
6003         epoch = set->asid_epoch + 1;
6004         if (epoch == INT_MAX)
6005                 epoch = 0;
6006         set->asid_epoch = epoch;
6007         dsb(ishst);
6008         if (stage == PM_STAGE1) {
6009                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6010         } else {
6011                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6012                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6013                     __func__));
6014                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6015         }
6016         dsb(ish);
6017         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6018             set->asid_set_size - 1);
6019         CPU_FOREACH(cpuid) {
6020                 if (cpuid == curcpu)
6021                         continue;
6022                 if (stage == PM_STAGE1) {
6023                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6024                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6025                 } else {
6026                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6027                         if (curpmap == NULL)
6028                                 continue;
6029                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6030                 }
6031                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6032                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6033                 if (asid == -1)
6034                         continue;
6035                 bit_set(set->asid_set, asid);
6036                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6037         }
6038 }
6039
6040 /*
6041  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6042  */
6043 static void
6044 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6045 {
6046         struct asid_set *set;
6047         int new_asid;
6048
6049         set = pmap->pm_asid_set;
6050         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6051
6052         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6053
6054         /*
6055          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6056          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6057          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6058          * don't need to allocate a new ASID.
6059          */
6060         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6061                 goto out;
6062
6063         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6064             &new_asid);
6065         if (new_asid == -1) {
6066                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6067                     set->asid_next, &new_asid);
6068                 if (new_asid == -1) {
6069                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6070                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6071                             set->asid_set_size, &new_asid);
6072                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6073                 }
6074         }
6075         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6076         set->asid_next = new_asid + 1;
6077         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6078 out:
6079         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6080 }
6081
6082 /*
6083  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6084  * pmap.  This value may change from time to time.
6085  */
6086 uint64_t
6087 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6088 {
6089
6090         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6091             pmap->pm_l0_paddr);
6092 }
6093
6094 static bool
6095 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6096 {
6097         struct asid_set *set;
6098         int epoch;
6099
6100         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6101         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6102
6103         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6104             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6105                 /*
6106                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6107                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6108                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6109                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6110                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6111                  * instructions performed on the old processor have completed.
6112                  */
6113                 dsb(ish);
6114                 return (false);
6115         }
6116
6117         set = pmap->pm_asid_set;
6118         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6119
6120         /*
6121          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6122          * load from asid_epoch is performed.
6123          */
6124         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6125                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6126         else
6127                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6128         dsb(ish);
6129         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6130         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6131                 pmap_alloc_asid(pmap);
6132
6133         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6134                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6135                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6136                         invalidate_local_icache();
6137         }
6138         return (true);
6139 }
6140
6141 void
6142 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6143 {
6144
6145         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6146
6147         (void)pmap_activate_int(pmap);
6148 }
6149
6150 void
6151 pmap_activate(struct thread *td)
6152 {
6153         pmap_t  pmap;
6154
6155         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6156         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6157         critical_enter();
6158         (void)pmap_activate_int(pmap);
6159         critical_exit();
6160 }
6161
6162 /*
6163  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6164  * to cpu_switch().
6165  */
6166 struct pcb *
6167 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6168 {
6169         pcpu_bp_harden bp_harden;
6170         struct pcb *pcb;
6171
6172         /* Store the new curthread */
6173         PCPU_SET(curthread, new);
6174
6175         /* And the new pcb */
6176         pcb = new->td_pcb;
6177         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6178
6179         /*
6180          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6181          * to a user process.
6182          */
6183
6184         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6185                 /*
6186                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6187                  * other processes. This will call into a CPU specific
6188                  * function that clears the branch predictor state.
6189                  */
6190                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6191                 if (bp_harden != NULL)
6192                         bp_harden();
6193         }
6194
6195         return (pcb);
6196 }
6197
6198 void
6199 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6200 {
6201
6202         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6203         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6204                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6205         } else {
6206                 u_int len, offset;
6207                 vm_paddr_t pa;
6208
6209                 /* Find the length of data in this page to flush */
6210                 offset = va & PAGE_MASK;
6211                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6212
6213                 while (sz != 0) {
6214                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6215                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6216                         if (pa != 0)
6217                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6218
6219                         /* Move to the next page */
6220                         sz -= len;
6221                         va += len;
6222                         /* Set the length for the next iteration */
6223                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6224                 }
6225         }
6226 }
6227
6228 static int
6229 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6230 {
6231         pd_entry_t *pdep;
6232         pt_entry_t *ptep, pte;
6233         int rv, lvl, dfsc;
6234
6235         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6236         rv = KERN_FAILURE;
6237
6238         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6239         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6240         switch (dfsc) {
6241         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6242         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6243         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6244         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6245                 PMAP_LOCK(pmap);
6246                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6247                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6248                         PMAP_LOCK(pmap);
6249                         break;
6250                 }
6251
6252                 switch (lvl) {
6253                 case 0:
6254                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6255                         break;
6256                 case 1:
6257                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6258                         break;
6259                 case 2:
6260                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6261                         break;
6262                 default:
6263                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6264                 }
6265                 goto fault_exec;
6266
6267         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6268         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6269         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6270                 PMAP_LOCK(pmap);
6271                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6272 fault_exec:
6273                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6274                         if (icache_vmid) {
6275                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6276                         } else {
6277                                 /*
6278                                  * If accessing an executable page invalidate
6279                                  * the I-cache so it will be valid when we
6280                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6281                                  * is assumed to already be clean to the Point
6282                                  * of Coherency.
6283                                  */
6284                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6285                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6286                                         invalidate_icache();
6287                                 }
6288                         }
6289                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6290                         rv = KERN_SUCCESS;
6291                 }
6292                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6293                 break;
6294         }
6295
6296         return (rv);
6297 }
6298
6299 int
6300 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6301 {
6302         pt_entry_t pte, *ptep;
6303         register_t intr;
6304         uint64_t ec, par;
6305         int lvl, rv;
6306
6307         rv = KERN_FAILURE;
6308
6309         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6310         switch (ec) {
6311         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6312         case EXCP_INSN_ABORT:
6313         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6314         case EXCP_DATA_ABORT:
6315                 break;
6316         default:
6317                 return (rv);
6318         }
6319
6320         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6321                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6322
6323         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6324         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6325         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6326         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6327         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6328                 PMAP_LOCK(pmap);
6329                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6330                 if (ptep != NULL) {
6331                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6332                         rv = KERN_SUCCESS;
6333                         /*
6334                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6335                          * dirty if this is a write fault.
6336                          */
6337                 }
6338                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6339                 break;
6340         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6341         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6342         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6343                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6344                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6345                         return (rv);
6346                 PMAP_LOCK(pmap);
6347                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6348                 if (ptep != NULL &&
6349                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6350                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6351                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6352                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6353                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6354                         }
6355                         rv = KERN_SUCCESS;
6356                 }
6357                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6358                 break;
6359         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6360         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6361         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6362         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6363                 /*
6364                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6365                  * produce a transient fault.
6366                  */
6367                 if (pmap == kernel_pmap) {
6368                         /*
6369                          * The translation fault may have occurred within a
6370                          * critical section.  Therefore, we must check the
6371                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6372                          */
6373                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6374                                 rv = KERN_SUCCESS;
6375                 } else {
6376                         PMAP_LOCK(pmap);
6377                         /* Ask the MMU to check the address. */
6378                         intr = intr_disable();
6379                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6380                         intr_restore(intr);
6381                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6382
6383                         /*
6384                          * If the translation was successful, then we can
6385                          * return success to the trap handler.
6386                          */
6387                         if (PAR_SUCCESS(par))
6388                                 rv = KERN_SUCCESS;
6389                 }
6390                 break;
6391         }
6392
6393         return (rv);
6394 }
6395
6396 /*
6397  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6398  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6399  */
6400 void
6401 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6402     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6403 {
6404         vm_offset_t superpage_offset;
6405
6406         if (size < L2_SIZE)
6407                 return;
6408         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6409                 offset += ptoa(object->pg_color);
6410         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6411         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6412             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6413                 return;
6414         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6415                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6416         else
6417                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6418 }
6419
6420 /**
6421  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6422  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6423  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6424  *
6425  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6426  *                    address on the kernel memory map.
6427  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6428  *                    of the pages passed in the page parameter.
6429  * \param count       Number of pages passed in.
6430  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6431  *                    page faults, FALSE otherwise.
6432  *
6433  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6434  *          finished or FALSE otherwise.
6435  *
6436  */
6437 boolean_t
6438 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6439     boolean_t can_fault)
6440 {
6441         vm_paddr_t paddr;
6442         boolean_t needs_mapping;
6443         int error, i;
6444
6445         /*
6446          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6447          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6448          */
6449         needs_mapping = FALSE;
6450         for (i = 0; i < count; i++) {
6451                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6452                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6453                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6454                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6455                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6456                         needs_mapping = TRUE;
6457                 } else {
6458                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6459                 }
6460         }
6461
6462         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6463         if (!needs_mapping)
6464                 return (FALSE);
6465
6466         if (!can_fault)
6467                 sched_pin();
6468         for (i = 0; i < count; i++) {
6469                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6470                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6471                         panic(
6472                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6473                 }
6474         }
6475
6476         return (needs_mapping);
6477 }
6478
6479 void
6480 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6481     boolean_t can_fault)
6482 {
6483         vm_paddr_t paddr;
6484         int i;
6485
6486         if (!can_fault)
6487                 sched_unpin();
6488         for (i = 0; i < count; i++) {
6489                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6490                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6491                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6492                 }
6493         }
6494 }
6495
6496 boolean_t
6497 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6498 {
6499
6500         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6501 }
6502
6503 /*
6504  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6505  * in various mapping attributes.
6506  */
6507 struct pmap_kernel_map_range {
6508         vm_offset_t sva;
6509         pt_entry_t attrs;
6510         int l3pages;
6511         int l3contig;
6512         int l2blocks;
6513         int l1blocks;
6514 };
6515
6516 static void
6517 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6518     vm_offset_t eva)
6519 {
6520         const char *mode;
6521         int index;
6522
6523         if (eva <= range->sva)
6524                 return;
6525
6526         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6527         switch (index) {
6528         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6529                 mode = "DEV";
6530                 break;
6531         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6532                 mode = "UC";
6533                 break;
6534         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6535                 mode = "WB";
6536                 break;
6537         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6538                 mode = "WT";
6539                 break;
6540         default:
6541                 printf(
6542                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6543                     __func__, index, range->sva, eva);
6544                 mode = "??";
6545                 break;
6546         }
6547
6548         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6549             range->sva, eva,
6550             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
6551             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6552             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6553             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6554             range->l3pages);
6555
6556         /* Reset to sentinel value. */
6557         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6558 }
6559
6560 /*
6561  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6562  * being tracked by the current range.
6563  */
6564 static bool
6565 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6566 {
6567
6568         return (range->attrs == attrs);
6569 }
6570
6571 static void
6572 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6573     pt_entry_t attrs)
6574 {
6575
6576         memset(range, 0, sizeof(*range));
6577         range->sva = va;
6578         range->attrs = attrs;
6579 }
6580
6581 /*
6582  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6583  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6584  * begin a new run.
6585  */
6586 static void
6587 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6588     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
6589     pt_entry_t l3e)
6590 {
6591         pt_entry_t attrs;
6592
6593         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6594         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6595         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
6596                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6597         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6598         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
6599                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6600         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
6601
6602         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6603                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6604                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6605         }
6606 }
6607
6608 static int
6609 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6610 {
6611         struct pmap_kernel_map_range range;
6612         struct sbuf sbuf, *sb;
6613         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
6614         pt_entry_t *l3, l3e;
6615         vm_offset_t sva;
6616         vm_paddr_t pa;
6617         int error, i, j, k, l;
6618
6619         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6620         if (error != 0)
6621                 return (error);
6622         sb = &sbuf;
6623         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6624
6625         /* Sentinel value. */
6626         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
6627
6628         /*
6629          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
6630          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
6631          * observe inconsistencies in the output.
6632          */
6633         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
6634             i++) {
6635                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
6636                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
6637                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
6638                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
6639
6640                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
6641                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6642                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6643                         sva += L0_SIZE;
6644                         continue;
6645                 }
6646                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
6647                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6648
6649                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
6650                         l1e = l1[j];
6651                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6652                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6653                                 sva += L1_SIZE;
6654                                 continue;
6655                         }
6656                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6657                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
6658                                     0, 0);
6659                                 range.l1blocks++;
6660                                 sva += L1_SIZE;
6661                                 continue;
6662                         }
6663                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
6664                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6665
6666                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
6667                                 l2e = l2[k];
6668                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6669                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6670                                         sva += L2_SIZE;
6671                                         continue;
6672                                 }
6673                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6674                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6675                                             l0e, l1e, l2e, 0);
6676                                         range.l2blocks++;
6677                                         sva += L2_SIZE;
6678                                         continue;
6679                                 }
6680                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
6681                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6682
6683                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
6684                                     l++, sva += L3_SIZE) {
6685                                         l3e = l3[l];
6686                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6687                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
6688                                                     sva);
6689                                                 continue;
6690                                         }
6691                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6692                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
6693                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
6694                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
6695                                                     1 : 0;
6696                                         else
6697                                                 range.l3pages++;
6698                                 }
6699                         }
6700                 }
6701         }
6702
6703         error = sbuf_finish(sb);
6704         sbuf_delete(sb);
6705         return (error);
6706 }
6707 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
6708     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
6709     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
6710     "Dump kernel address layout");