]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
MFV r361322:
[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
154 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
155 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
156 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
158
159 #define NUL0E           L0_ENTRIES
160 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
161 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
162
163 #if !defined(DIAGNOSTIC)
164 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
165 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
166 #else
167 #define PMAP_INLINE     extern inline
168 #endif
169 #else
170 #define PMAP_INLINE
171 #endif
172
173 #ifdef PV_STATS
174 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
175 #else
176 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
177 #endif
178
179 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
180 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
181
182 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
183
184 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
185                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
186
187 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
188         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
189         struct rwlock *_new_lock;                       \
190                                                         \
191         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
192         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
193                 if (*_lockp != NULL)                    \
194                         rw_wunlock(*_lockp);            \
195                 *_lockp = _new_lock;                    \
196                 rw_wlock(*_lockp);                      \
197         }                                               \
198 } while (0)
199
200 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
201                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
202
203 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
204         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
205                                                         \
206         if (*_lockp != NULL) {                          \
207                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
208                 *_lockp = NULL;                         \
209         }                                               \
210 } while (0)
211
212 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
213                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
214
215 /*
216  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
217  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
218  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
219  *
220  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
221  * as a software managed bit.
222  */
223 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
224
225 struct pmap kernel_pmap_store;
226
227 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
228 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
229 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
230 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
231 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
232
233 /*
234  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
235  * Always map entire L2 block for simplicity.
236  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
237  */
238 static struct pmap_preinit_mapping {
239         vm_paddr_t      pa;
240         vm_offset_t     va;
241         vm_size_t       size;
242 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
243
244 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
245 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
246 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
247
248 /*
249  * Data for the pv entry allocation mechanism.
250  */
251 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
252 static struct mtx pv_chunks_mutex;
253 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
254 static struct md_page *pv_table;
255 static struct md_page pv_dummy;
256
257 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
258 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
259 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
260
261 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
262 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
263 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
264
265 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
266 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
267
268 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
269 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
270 static u_int physmap_idx;
271
272 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
273     "VM/pmap parameters");
274
275 /*
276  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
277  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
278  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
279  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
280  * ASIDs that are not currently active on a processor.
281  *
282  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
283  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
284  * below.
285  */
286 struct asid_set {
287         int asid_bits;
288         bitstr_t *asid_set;
289         int asid_set_size;
290         int asid_next;
291         int asid_epoch;
292         struct mtx asid_set_mutex;
293 };
294
295 static struct asid_set asids;
296
297 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
298     "ASID allocator");
299 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
300     "The number of bits in an ASID");
301 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
302     "The last allocated ASID plus one");
303 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
304     "The current epoch number");
305
306 /*
307  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
308  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
309  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
310  *
311  * An invalid ASID is represented by -1.
312  *
313  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
314  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
315  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
316  * allocated when the pmap is next activated.
317  */
318 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
319                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
320 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
321 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
322
323 static int superpages_enabled = 1;
324 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
325     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
326     "Are large page mappings enabled?");
327
328 /*
329  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
330  */
331 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
332 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
333
334 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
335 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
336 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
337 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
338 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
339 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
340                     vm_offset_t va);
341
342 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
343 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
344 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
345 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
346 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
347 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
348     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
349 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
350 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
351     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
352 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
353     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
354 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
355     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
356 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
357     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
358 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
359 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
360     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
361
362 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
363                 struct rwlock **lockp);
364
365 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
366     struct spglist *free);
367 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
368 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
369
370 /*
371  * These load the old table data and store the new value.
372  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
373  * the same time as the CPU.
374  */
375 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
376 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
377 #define pmap_load(table)                (*table)
378 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
379 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
380 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
381 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
382
383 /********************/
384 /* Inline functions */
385 /********************/
386
387 static __inline void
388 pagecopy(void *s, void *d)
389 {
390
391         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
392 }
393
394 static __inline pd_entry_t *
395 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
396 {
397
398         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
399 }
400
401 static __inline pd_entry_t *
402 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
403 {
404         pd_entry_t *l1;
405
406         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
407         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
408 }
409
410 static __inline pd_entry_t *
411 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
412 {
413         pd_entry_t *l0;
414
415         l0 = pmap_l0(pmap, va);
416         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
417                 return (NULL);
418
419         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
420 }
421
422 static __inline pd_entry_t *
423 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
424 {
425         pd_entry_t *l2;
426
427         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
428         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
429 }
430
431 static __inline pd_entry_t *
432 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
433 {
434         pd_entry_t *l1;
435
436         l1 = pmap_l1(pmap, va);
437         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
438                 return (NULL);
439
440         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
441 }
442
443 static __inline pt_entry_t *
444 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
445 {
446         pt_entry_t *l3;
447
448         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
449         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
450 }
451
452 /*
453  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
454  * The next level may or may not point to a valid page or block.
455  */
456 static __inline pd_entry_t *
457 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
458 {
459         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
460
461         l0 = pmap_l0(pmap, va);
462         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
463         if (desc != L0_TABLE) {
464                 *level = -1;
465                 return (NULL);
466         }
467
468         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
469         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
470         if (desc != L1_TABLE) {
471                 *level = 0;
472                 return (l0);
473         }
474
475         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
476         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
477         if (desc != L2_TABLE) {
478                 *level = 1;
479                 return (l1);
480         }
481
482         *level = 2;
483         return (l2);
484 }
485
486 /*
487  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
488  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
489  * the first invalid level.
490  */
491 static __inline pt_entry_t *
492 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
493 {
494         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
495         pt_entry_t *l3;
496
497         l1 = pmap_l1(pmap, va);
498         if (l1 == NULL) {
499                 *level = 0;
500                 return (NULL);
501         }
502         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
503         if (desc == L1_BLOCK) {
504                 *level = 1;
505                 return (l1);
506         }
507
508         if (desc != L1_TABLE) {
509                 *level = 1;
510                 return (NULL);
511         }
512
513         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
514         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
515         if (desc == L2_BLOCK) {
516                 *level = 2;
517                 return (l2);
518         }
519
520         if (desc != L2_TABLE) {
521                 *level = 2;
522                 return (NULL);
523         }
524
525         *level = 3;
526         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
527         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
528                 return (NULL);
529
530         return (l3);
531 }
532
533 bool
534 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
535 {
536
537         return (superpages_enabled != 0);
538 }
539
540 bool
541 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
542     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
543 {
544         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
545
546         if (pmap->pm_l0 == NULL)
547                 return (false);
548
549         l0p = pmap_l0(pmap, va);
550         *l0 = l0p;
551
552         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
553                 return (false);
554
555         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
556         *l1 = l1p;
557
558         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
559                 *l2 = NULL;
560                 *l3 = NULL;
561                 return (true);
562         }
563
564         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
565                 return (false);
566
567         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
568         *l2 = l2p;
569
570         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
571                 *l3 = NULL;
572                 return (true);
573         }
574
575         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
576                 return (false);
577
578         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
579
580         return (true);
581 }
582
583 static __inline int
584 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
585 {
586
587         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
588 }
589
590
591 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
592
593 /*
594  * Checks if the PTE is dirty.
595  */
596 static inline int
597 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
598 {
599
600         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
601         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
602         KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
603             ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
604
605         return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
606             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
607 }
608
609 static __inline void
610 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
611 {
612
613         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
614         pmap->pm_stats.resident_count += count;
615 }
616
617 static __inline void
618 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
619 {
620
621         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
622         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
623             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
624             pmap->pm_stats.resident_count, count));
625         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
626 }
627
628 static pt_entry_t *
629 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
630     u_int *l2_slot)
631 {
632         pt_entry_t *l2;
633         pd_entry_t *l1;
634
635         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
636         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
637
638         /* Check locore has used a table L1 map */
639         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
640            ("Invalid bootstrap L1 table"));
641         /* Find the address of the L2 table */
642         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
643         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
644
645         return (l2);
646 }
647
648 static vm_paddr_t
649 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
650 {
651         u_int l1_slot, l2_slot;
652         pt_entry_t *l2;
653
654         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
655
656         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
657 }
658
659 static vm_offset_t
660 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
661     vm_offset_t freemempos)
662 {
663         pt_entry_t *l2;
664         vm_offset_t va;
665         vm_paddr_t l2_pa, pa;
666         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
667         int i;
668
669         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
670         dmap_phys_max = 0;
671         dmap_max_addr = 0;
672         l2 = NULL;
673         prev_l1_slot = -1;
674
675 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
676         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
677
678         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
679                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
680                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
681
682                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
683                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
684                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
685                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
686                                 prev_l1_slot = l1_slot;
687                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
688                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
689                                     (vm_offset_t)l2);
690                                 freemempos += PAGE_SIZE;
691
692                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
693                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
694
695                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
696                         }
697                         KASSERT(l2 != NULL,
698                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
699                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
700                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
701                                 /*
702                                  * We are on a boundary, stop to
703                                  * create a level 1 block
704                                  */
705                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
706                                         break;
707
708                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
709                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
710                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
711                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
712                                     ATTR_S1_XN |
713                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
714                                     L2_BLOCK);
715                         }
716                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
717                             ("..."));
718                 }
719
720                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
721                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
722                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
723                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
724                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
725                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
726                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
727                 }
728
729                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
730                 if (pa < physmap[i + 1]) {
731                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
732                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
733                                 prev_l1_slot = l1_slot;
734                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
735                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
736                                     (vm_offset_t)l2);
737                                 freemempos += PAGE_SIZE;
738
739                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
740                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
741
742                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
743                         }
744                         KASSERT(l2 != NULL,
745                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
746                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
747                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
748                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
749                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
750                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
751                                     ATTR_S1_XN |
752                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
753                                     L2_BLOCK);
754                         }
755                 }
756
757                 if (pa > dmap_phys_max) {
758                         dmap_phys_max = pa;
759                         dmap_max_addr = va;
760                 }
761         }
762
763         cpu_tlb_flushID();
764
765         return (freemempos);
766 }
767
768 static vm_offset_t
769 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
770 {
771         vm_offset_t l2pt;
772         vm_paddr_t pa;
773         pd_entry_t *l1;
774         u_int l1_slot;
775
776         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
777
778         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
779         l1_slot = pmap_l1_index(va);
780         l2pt = l2_start;
781
782         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
783                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
784
785                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
786                 pmap_store(&l1[l1_slot],
787                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
788                 l2pt += PAGE_SIZE;
789         }
790
791         /* Clean the L2 page table */
792         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
793
794         return l2pt;
795 }
796
797 static vm_offset_t
798 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
799 {
800         vm_offset_t l3pt;
801         vm_paddr_t pa;
802         pd_entry_t *l2;
803         u_int l2_slot;
804
805         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
806
807         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
808         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
809         l2_slot = pmap_l2_index(va);
810         l3pt = l3_start;
811
812         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
813                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
814
815                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
816                 pmap_store(&l2[l2_slot],
817                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
818                 l3pt += PAGE_SIZE;
819         }
820
821         /* Clean the L2 page table */
822         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
823
824         return l3pt;
825 }
826
827 /*
828  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
829  */
830 void
831 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
832     vm_size_t kernlen)
833 {
834         vm_offset_t freemempos;
835         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
836         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
837         uint64_t kern_delta;
838         int i;
839
840         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
841         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
842             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
843
844         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
845
846         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
847         printf("%lx\n", l1pt);
848         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
849
850         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
851         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
852         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
853         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
854         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
855         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
856         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
857
858         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
859         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
860
861         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
862         physmap_idx /= 2;
863
864         /*
865          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
866          * but may contain empty ranges.
867          */
868         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
869                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
870                         continue;
871                 if (physmap[i] <= min_pa)
872                         min_pa = physmap[i];
873         }
874
875         freemempos = KERNBASE + kernlen;
876         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
877
878         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
879         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
880
881         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
882
883         /*
884          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
885          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
886          * the kernel, preloaded files and module metadata.
887          */
888         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
889         /* And the l3 tables for the early devmap */
890         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
891             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
892
893         cpu_tlb_flushID();
894
895 #define alloc_pages(var, np)                                            \
896         (var) = freemempos;                                             \
897         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
898         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
899
900         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
901         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
902         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
903
904         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
905         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
906         msgbufp = (void *)msgbufpv;
907
908         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
909         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
910
911         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
912         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
913         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
914         kernel_vm_end = virtual_avail;
915
916         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
917
918         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
919
920         cpu_tlb_flushID();
921 }
922
923 /*
924  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
925  */
926 void
927 pmap_page_init(vm_page_t m)
928 {
929
930         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
931         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
932 }
933
934 static void
935 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
936 {
937         int i;
938
939         set->asid_bits = bits;
940
941         /*
942          * We may be too early in the overall initialization process to use
943          * bit_alloc().
944          */
945         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
946         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
947             M_WAITOK | M_ZERO);
948         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
949                 bit_set(set->asid_set, i);
950         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
951         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
952 }
953
954 /*
955  *      Initialize the pmap module.
956  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
957  *      system needs to map virtual memory.
958  */
959 void
960 pmap_init(void)
961 {
962         vm_size_t s;
963         int i, pv_npg;
964
965         /*
966          * Are large page mappings enabled?
967          */
968         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
969         if (superpages_enabled) {
970                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
971                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
972                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
973         }
974
975         /*
976          * Initialize the ASID allocator.
977          */
978         pmap_init_asids(&asids,
979             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
980
981         /*
982          * Initialize the pv chunk list mutex.
983          */
984         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
985
986         /*
987          * Initialize the pool of pv list locks.
988          */
989         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
990                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
991
992         /*
993          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
994          */
995         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
996
997         /*
998          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
999          */
1000         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1001         s = round_page(s);
1002         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1003         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1004                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1005         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1006
1007         vm_initialized = 1;
1008 }
1009
1010 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1011     "2MB page mapping counters");
1012
1013 static u_long pmap_l2_demotions;
1014 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1015     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1016
1017 static u_long pmap_l2_mappings;
1018 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1019     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1020
1021 static u_long pmap_l2_p_failures;
1022 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1023     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1024
1025 static u_long pmap_l2_promotions;
1026 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1027     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1028
1029 /*
1030  * Invalidate a single TLB entry.
1031  */
1032 static __inline void
1033 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1034 {
1035         uint64_t r;
1036
1037         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1038
1039         dsb(ishst);
1040         if (pmap == kernel_pmap) {
1041                 r = atop(va);
1042                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1043         } else {
1044                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1045                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1046         }
1047         dsb(ish);
1048         isb();
1049 }
1050
1051 static __inline void
1052 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1053 {
1054         uint64_t end, r, start;
1055
1056         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1057
1058         dsb(ishst);
1059         if (pmap == kernel_pmap) {
1060                 start = atop(sva);
1061                 end = atop(eva);
1062                 for (r = start; r < end; r++)
1063                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1064         } else {
1065                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1066                 start |= atop(sva);
1067                 end |= atop(eva);
1068                 for (r = start; r < end; r++)
1069                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1070         }
1071         dsb(ish);
1072         isb();
1073 }
1074
1075 static __inline void
1076 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1077 {
1078         uint64_t r;
1079
1080         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1081
1082         dsb(ishst);
1083         if (pmap == kernel_pmap) {
1084                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1085         } else {
1086                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1087                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1088         }
1089         dsb(ish);
1090         isb();
1091 }
1092
1093 /*
1094  *      Routine:        pmap_extract
1095  *      Function:
1096  *              Extract the physical page address associated
1097  *              with the given map/virtual_address pair.
1098  */
1099 vm_paddr_t
1100 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1101 {
1102         pt_entry_t *pte, tpte;
1103         vm_paddr_t pa;
1104         int lvl;
1105
1106         pa = 0;
1107         PMAP_LOCK(pmap);
1108         /*
1109          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1110          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1111          */
1112         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1113         if (pte != NULL) {
1114                 tpte = pmap_load(pte);
1115                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1116                 switch(lvl) {
1117                 case 1:
1118                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1119                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1120                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1121                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1122                         break;
1123                 case 2:
1124                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1125                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1126                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1127                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1128                         break;
1129                 case 3:
1130                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1131                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1132                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1133                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1134                         break;
1135                 }
1136         }
1137         PMAP_UNLOCK(pmap);
1138         return (pa);
1139 }
1140
1141 /*
1142  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1143  *      Function:
1144  *              Atomically extract and hold the physical page
1145  *              with the given pmap and virtual address pair
1146  *              if that mapping permits the given protection.
1147  */
1148 vm_page_t
1149 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1150 {
1151         pt_entry_t *pte, tpte;
1152         vm_offset_t off;
1153         vm_page_t m;
1154         int lvl;
1155
1156         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1157
1158         m = NULL;
1159         PMAP_LOCK(pmap);
1160         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1161         if (pte != NULL) {
1162                 tpte = pmap_load(pte);
1163
1164                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1165                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1166                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1167                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1168                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1169                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1170                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1171                 if (((tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)) ||
1172                     ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1173                         switch(lvl) {
1174                         case 1:
1175                                 off = va & L1_OFFSET;
1176                                 break;
1177                         case 2:
1178                                 off = va & L2_OFFSET;
1179                                 break;
1180                         case 3:
1181                         default:
1182                                 off = 0;
1183                         }
1184                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1185                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
1186                                 m = NULL;
1187                 }
1188         }
1189         PMAP_UNLOCK(pmap);
1190         return (m);
1191 }
1192
1193 vm_paddr_t
1194 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1195 {
1196         pt_entry_t *pte, tpte;
1197
1198         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1199                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1200         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1201         if (pte == NULL)
1202                 return (0);
1203
1204         /*
1205          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1206          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1207          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1208          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1209          */
1210         tpte = pmap_load(pte);
1211         if (tpte == 0)
1212                 return (0);
1213         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1214                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1215         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1216         tpte = pmap_load(pte);
1217         if (tpte == 0)
1218                 return (0);
1219         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1220                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1221         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1222         tpte = pmap_load(pte);
1223         if (tpte == 0)
1224                 return (0);
1225         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1226 }
1227
1228 /***************************************************
1229  * Low level mapping routines.....
1230  ***************************************************/
1231
1232 void
1233 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1234 {
1235         pd_entry_t *pde;
1236         pt_entry_t *pte, attr;
1237         vm_offset_t va;
1238         int lvl;
1239
1240         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1241            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1242         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1243            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1244         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1245             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1246
1247         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1248             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1249         va = sva;
1250         while (size != 0) {
1251                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1252                 KASSERT(pde != NULL,
1253                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1254                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1255
1256                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1257                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1258
1259                 va += PAGE_SIZE;
1260                 pa += PAGE_SIZE;
1261                 size -= PAGE_SIZE;
1262         }
1263         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1264 }
1265
1266 void
1267 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1268 {
1269
1270         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1271 }
1272
1273 /*
1274  * Remove a page from the kernel pagetables.
1275  */
1276 PMAP_INLINE void
1277 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1278 {
1279         pt_entry_t *pte;
1280         int lvl;
1281
1282         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1283         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1284         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1285
1286         pmap_clear(pte);
1287         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1288 }
1289
1290 void
1291 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1292 {
1293         pt_entry_t *pte;
1294         vm_offset_t va;
1295         int lvl;
1296
1297         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1298            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1299         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1300             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1301
1302         va = sva;
1303         while (size != 0) {
1304                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1305                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1306                 KASSERT(lvl == 3,
1307                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1308                 pmap_clear(pte);
1309
1310                 va += PAGE_SIZE;
1311                 size -= PAGE_SIZE;
1312         }
1313         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1314 }
1315
1316 /*
1317  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1318  *      virtual address space.
1319  *
1320  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1321  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1322  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1323  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1324  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1325  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1326  *      region.
1327  */
1328 vm_offset_t
1329 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1330 {
1331         return PHYS_TO_DMAP(start);
1332 }
1333
1334
1335 /*
1336  * Add a list of wired pages to the kva
1337  * this routine is only used for temporary
1338  * kernel mappings that do not need to have
1339  * page modification or references recorded.
1340  * Note that old mappings are simply written
1341  * over.  The page *must* be wired.
1342  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1343  */
1344 void
1345 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1346 {
1347         pd_entry_t *pde;
1348         pt_entry_t *pte, pa;
1349         vm_offset_t va;
1350         vm_page_t m;
1351         int i, lvl;
1352
1353         va = sva;
1354         for (i = 0; i < count; i++) {
1355                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1356                 KASSERT(pde != NULL,
1357                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1358                 KASSERT(lvl == 2,
1359                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1360
1361                 m = ma[i];
1362                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1363                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1364                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1365                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1366                 pmap_load_store(pte, pa);
1367
1368                 va += L3_SIZE;
1369         }
1370         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1371 }
1372
1373 /*
1374  * This routine tears out page mappings from the
1375  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1376  */
1377 void
1378 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1379 {
1380         pt_entry_t *pte;
1381         vm_offset_t va;
1382         int lvl;
1383
1384         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1385
1386         va = sva;
1387         while (count-- > 0) {
1388                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1389                 KASSERT(lvl == 3,
1390                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1391                 if (pte != NULL) {
1392                         pmap_clear(pte);
1393                 }
1394
1395                 va += PAGE_SIZE;
1396         }
1397         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1398 }
1399
1400 /***************************************************
1401  * Page table page management routines.....
1402  ***************************************************/
1403 /*
1404  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1405  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1406  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1407  */
1408 static __inline void
1409 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1410     boolean_t set_PG_ZERO)
1411 {
1412
1413         if (set_PG_ZERO)
1414                 m->flags |= PG_ZERO;
1415         else
1416                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1417         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1418 }
1419
1420 /*
1421  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1422  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1423  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1424  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1425  */
1426 static inline boolean_t
1427 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1428 {
1429
1430         --m->ref_count;
1431         if (m->ref_count == 0) {
1432                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1433                 return (TRUE);
1434         } else
1435                 return (FALSE);
1436 }
1437
1438 static void
1439 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1440 {
1441
1442         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1443         /*
1444          * unmap the page table page
1445          */
1446         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1447                 /* l1 page */
1448                 pd_entry_t *l0;
1449
1450                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1451                 pmap_clear(l0);
1452         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1453                 /* l2 page */
1454                 pd_entry_t *l1;
1455
1456                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1457                 pmap_clear(l1);
1458         } else {
1459                 /* l3 page */
1460                 pd_entry_t *l2;
1461
1462                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1463                 pmap_clear(l2);
1464         }
1465         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1466         if (m->pindex < NUL2E) {
1467                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1468                 pd_entry_t *l1, tl1;
1469                 vm_page_t l2pg;
1470
1471                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1472                 tl1 = pmap_load(l1);
1473                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1474                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1475         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1476                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1477                 pd_entry_t *l0, tl0;
1478                 vm_page_t l1pg;
1479
1480                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1481                 tl0 = pmap_load(l0);
1482                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1483                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1484         }
1485         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1486
1487         /*
1488          * Put page on a list so that it is released after
1489          * *ALL* TLB shootdown is done
1490          */
1491         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1492 }
1493
1494 /*
1495  * After removing a page table entry, this routine is used to
1496  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1497  */
1498 static int
1499 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1500     struct spglist *free)
1501 {
1502         vm_page_t mpte;
1503
1504         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1505                 return (0);
1506         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1507         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1508         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1513  * mapping.
1514  */
1515 static void
1516 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1517 {
1518         struct spglist free;
1519
1520         SLIST_INIT(&free);
1521         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1522                 /*
1523                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1524                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1525                  * table pages.  Invalidate those entries.
1526                  *
1527                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1528                  */
1529                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1530                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1531         }
1532 }
1533
1534 void
1535 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1536 {
1537
1538         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1539         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1540         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1541         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1542         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1543         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1544         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1545         pmap->pm_asid_set = &asids;
1546
1547         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1548 }
1549
1550 int
1551 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1552 {
1553         vm_page_t l0pt;
1554
1555         /*
1556          * allocate the l0 page
1557          */
1558         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1559             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1560                 vm_wait(NULL);
1561
1562         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1563         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1564
1565         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1566                 pagezero(pmap->pm_l0);
1567
1568         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1569         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1570         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1571         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1572         pmap->pm_asid_set = &asids;
1573         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1574         pmap_alloc_asid(pmap);
1575
1576         return (1);
1577 }
1578
1579 /*
1580  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1581  *
1582  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1583  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1584  *
1585  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1586  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1587  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1588  * race conditions.
1589  */
1590 static vm_page_t
1591 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1592 {
1593         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1594
1595         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1596
1597         /*
1598          * Allocate a page table page.
1599          */
1600         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1601             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1602                 if (lockp != NULL) {
1603                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1604                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1605                         vm_wait(NULL);
1606                         PMAP_LOCK(pmap);
1607                 }
1608
1609                 /*
1610                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1611                  * page may have been allocated.
1612                  */
1613                 return (NULL);
1614         }
1615         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1616                 pmap_zero_page(m);
1617
1618         /*
1619          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1620          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1621          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1622          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1623          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1624          * PTE within "m".
1625          */
1626         dmb(ishst);
1627
1628         /*
1629          * Map the pagetable page into the process address space, if
1630          * it isn't already there.
1631          */
1632
1633         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1634                 pd_entry_t *l0;
1635                 vm_pindex_t l0index;
1636
1637                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1638                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1639                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1640         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1641                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1642                 pd_entry_t *l0, *l1;
1643                 pd_entry_t tl0;
1644
1645                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1646                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1647
1648                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1649                 tl0 = pmap_load(l0);
1650                 if (tl0 == 0) {
1651                         /* recurse for allocating page dir */
1652                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1653                             lockp) == NULL) {
1654                                 vm_page_unwire_noq(m);
1655                                 vm_page_free_zero(m);
1656                                 return (NULL);
1657                         }
1658                 } else {
1659                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1660                         l1pg->ref_count++;
1661                 }
1662
1663                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1664                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1665                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1666         } else {
1667                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1668                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1669                 pd_entry_t tl0, tl1;
1670
1671                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1672                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1673
1674                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1675                 tl0 = pmap_load(l0);
1676                 if (tl0 == 0) {
1677                         /* recurse for allocating page dir */
1678                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1679                             lockp) == NULL) {
1680                                 vm_page_unwire_noq(m);
1681                                 vm_page_free_zero(m);
1682                                 return (NULL);
1683                         }
1684                         tl0 = pmap_load(l0);
1685                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1686                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1687                 } else {
1688                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1689                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1690                         tl1 = pmap_load(l1);
1691                         if (tl1 == 0) {
1692                                 /* recurse for allocating page dir */
1693                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1694                                     lockp) == NULL) {
1695                                         vm_page_unwire_noq(m);
1696                                         vm_page_free_zero(m);
1697                                         return (NULL);
1698                                 }
1699                         } else {
1700                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1701                                 l2pg->ref_count++;
1702                         }
1703                 }
1704
1705                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1706                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1707                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1708         }
1709
1710         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1711
1712         return (m);
1713 }
1714
1715 static pd_entry_t *
1716 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1717     struct rwlock **lockp)
1718 {
1719         pd_entry_t *l1, *l2;
1720         vm_page_t l2pg;
1721         vm_pindex_t l2pindex;
1722
1723 retry:
1724         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1725         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1726                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1727                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1728                         /* Add a reference to the L2 page. */
1729                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1730                         l2pg->ref_count++;
1731                 } else
1732                         l2pg = NULL;
1733         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1734                 /* Allocate a L2 page. */
1735                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1736                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1737                 if (l2pg == NULL) {
1738                         if (lockp != NULL)
1739                                 goto retry;
1740                         else
1741                                 return (NULL);
1742                 }
1743                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1744                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1745         } else
1746                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1747                     va);
1748         *l2pgp = l2pg;
1749         return (l2);
1750 }
1751
1752 static vm_page_t
1753 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1754 {
1755         vm_pindex_t ptepindex;
1756         pd_entry_t *pde, tpde;
1757 #ifdef INVARIANTS
1758         pt_entry_t *pte;
1759 #endif
1760         vm_page_t m;
1761         int lvl;
1762
1763         /*
1764          * Calculate pagetable page index
1765          */
1766         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1767 retry:
1768         /*
1769          * Get the page directory entry
1770          */
1771         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1772
1773         /*
1774          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1775          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1776          * table.
1777          */
1778         switch (lvl) {
1779         case -1:
1780                 break;
1781         case 0:
1782 #ifdef INVARIANTS
1783                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1784                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1785                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1786 #endif
1787                 break;
1788         case 1:
1789 #ifdef INVARIANTS
1790                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1791                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1792                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1793 #endif
1794                 break;
1795         case 2:
1796                 tpde = pmap_load(pde);
1797                 if (tpde != 0) {
1798                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1799                         m->ref_count++;
1800                         return (m);
1801                 }
1802                 break;
1803         default:
1804                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1805         }
1806
1807         /*
1808          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1809          */
1810         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1811         if (m == NULL && lockp != NULL)
1812                 goto retry;
1813
1814         return (m);
1815 }
1816
1817 /***************************************************
1818  * Pmap allocation/deallocation routines.
1819  ***************************************************/
1820
1821 /*
1822  * Release any resources held by the given physical map.
1823  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1824  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1825  */
1826 void
1827 pmap_release(pmap_t pmap)
1828 {
1829         struct asid_set *set;
1830         vm_page_t m;
1831         int asid;
1832
1833         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1834             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1835             pmap->pm_stats.resident_count));
1836         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1837             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1838         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1839
1840         set = pmap->pm_asid_set;
1841         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
1842
1843         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
1844         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
1845                 asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
1846                 KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
1847                     asid < set->asid_set_size,
1848                     ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
1849                 bit_clear(set->asid_set, asid);
1850         }
1851         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
1852
1853         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
1854         vm_page_unwire_noq(m);
1855         vm_page_free_zero(m);
1856 }
1857
1858 static int
1859 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1860 {
1861         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1862
1863         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1864 }
1865 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1866     0, 0, kvm_size, "LU",
1867     "Size of KVM");
1868
1869 static int
1870 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1871 {
1872         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1873
1874         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1875 }
1876 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1877     0, 0, kvm_free, "LU",
1878     "Amount of KVM free");
1879
1880 /*
1881  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1882  */
1883 void
1884 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1885 {
1886         vm_paddr_t paddr;
1887         vm_page_t nkpg;
1888         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1889
1890         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1891
1892         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1893         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1894                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1895         while (kernel_vm_end < addr) {
1896                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1897                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
1898                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
1899
1900                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
1901                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1902                         /* We need a new PDP entry */
1903                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1904                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1905                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1906                         if (nkpg == NULL)
1907                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1908                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1909                                 pmap_zero_page(nkpg);
1910                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
1911                         dmb(ishst);
1912                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1913                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
1914                         continue; /* try again */
1915                 }
1916                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1917                 if (pmap_load(l2) != 0) {
1918                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1919                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1920                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1921                                 break;
1922                         }
1923                         continue;
1924                 }
1925
1926                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1927                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1928                     VM_ALLOC_ZERO);
1929                 if (nkpg == NULL)
1930                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1931                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1932                         pmap_zero_page(nkpg);
1933                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
1934                 dmb(ishst);
1935                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1936                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
1937
1938                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1939                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1940                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1941                         break;
1942                 }
1943         }
1944 }
1945
1946
1947 /***************************************************
1948  * page management routines.
1949  ***************************************************/
1950
1951 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1952 CTASSERT(_NPCM == 3);
1953 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1954
1955 static __inline struct pv_chunk *
1956 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1957 {
1958
1959         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1960 }
1961
1962 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1963
1964 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1965 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1966 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1967
1968 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1969
1970 #if 0
1971 #ifdef PV_STATS
1972 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1973
1974 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1975         "Current number of pv entry chunks");
1976 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1977         "Current number of pv entry chunks allocated");
1978 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1979         "Current number of pv entry chunks frees");
1980 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1981         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1982
1983 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1984 static int pv_entry_spare;
1985
1986 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1987         "Current number of pv entry frees");
1988 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1989         "Current number of pv entry allocs");
1990 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1991         "Current number of pv entries");
1992 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1993         "Current number of spare pv entries");
1994 #endif
1995 #endif /* 0 */
1996
1997 /*
1998  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1999  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2000  * another pv entry chunk.
2001  *
2002  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2003  *
2004  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2005  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2006  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2007  */
2008 static vm_page_t
2009 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2010 {
2011         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2012         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2013         struct md_page *pvh;
2014         pd_entry_t *pde;
2015         pmap_t next_pmap, pmap;
2016         pt_entry_t *pte, tpte;
2017         pv_entry_t pv;
2018         vm_offset_t va;
2019         vm_page_t m, m_pc;
2020         struct spglist free;
2021         uint64_t inuse;
2022         int bit, field, freed, lvl;
2023         static int active_reclaims = 0;
2024
2025         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2026         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2027
2028         pmap = NULL;
2029         m_pc = NULL;
2030         SLIST_INIT(&free);
2031         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2032         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2033         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2034         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2035
2036         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2037         active_reclaims++;
2038         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2039         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2040         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2041             SLIST_EMPTY(&free)) {
2042                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2043                 if (next_pmap == NULL) {
2044                         /*
2045                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2046                          * not our marker, so active_reclaims must be
2047                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2048                          * will not rotate the pv_chunks list.
2049                          */
2050                         goto next_chunk;
2051                 }
2052                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2053
2054                 /*
2055                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2056                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2057                  * corresponding pmap is locked.
2058                  */
2059                 if (pmap != next_pmap) {
2060                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2061                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2062                         pmap = next_pmap;
2063                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2064                         if (pmap > locked_pmap) {
2065                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2066                                 PMAP_LOCK(pmap);
2067                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2068                                 continue;
2069                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2070                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2071                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2072                                         continue;
2073                                 } else {
2074                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2075                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2076                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2077                                         if (pc == NULL ||
2078                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2079                                                 continue;
2080                                         goto next_chunk;
2081                                 }
2082                         }
2083                 }
2084
2085                 /*
2086                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2087                  */
2088                 freed = 0;
2089                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2090                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2091                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2092                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2093                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2094                                 va = pv->pv_va;
2095                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2096                                 if (lvl != 2)
2097                                         continue;
2098                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2099                                 tpte = pmap_load(pte);
2100                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2101                                         continue;
2102                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2103                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2104                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2105                                         vm_page_dirty(m);
2106                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2107                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2108                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2109                                 }
2110                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2111                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2112                                 m->md.pv_gen++;
2113                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2114                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2115                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2116                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2117                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2118                                                     PGA_WRITEABLE);
2119                                         }
2120                                 }
2121                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2122                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2123                                 freed++;
2124                         }
2125                 }
2126                 if (freed == 0) {
2127                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2128                         goto next_chunk;
2129                 }
2130                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2131                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2132                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2133                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2134                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2135                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2136                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2137                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2138                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2139                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2140                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2141                         /* Entire chunk is free; return it. */
2142                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2143                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2144                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2145                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2146                         break;
2147                 }
2148                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2149                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2150                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2151                 if (pmap == locked_pmap)
2152                         break;
2153
2154 next_chunk:
2155                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2156                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2157                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2158                         /*
2159                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2160                          * scan the same pv chunks that could not be
2161                          * freed (because they contained a wired
2162                          * and/or superpage mapping) on every
2163                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2164                          */
2165                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2166                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2167                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2168                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2169                         }
2170                 }
2171         }
2172         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2173         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2174         active_reclaims--;
2175         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2176         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2177                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2178         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2179                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2180                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2181                 /* Recycle a freed page table page. */
2182                 m_pc->ref_count = 1;
2183         }
2184         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2185         return (m_pc);
2186 }
2187
2188 /*
2189  * free the pv_entry back to the free list
2190  */
2191 static void
2192 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2193 {
2194         struct pv_chunk *pc;
2195         int idx, field, bit;
2196
2197         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2198         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2199         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2200         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2201         pc = pv_to_chunk(pv);
2202         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2203         field = idx / 64;
2204         bit = idx % 64;
2205         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2206         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2207             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2208                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2209                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2210                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2211                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2212                 }
2213                 return;
2214         }
2215         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2216         free_pv_chunk(pc);
2217 }
2218
2219 static void
2220 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2221 {
2222         vm_page_t m;
2223
2224         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2225         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2226         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2227         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2228         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2229         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2230         /* entire chunk is free, return it */
2231         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2232         dump_drop_page(m->phys_addr);
2233         vm_page_unwire_noq(m);
2234         vm_page_free(m);
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2239  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2240  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2241  * returned.
2242  *
2243  * The given PV list lock may be released.
2244  */
2245 static pv_entry_t
2246 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2247 {
2248         int bit, field;
2249         pv_entry_t pv;
2250         struct pv_chunk *pc;
2251         vm_page_t m;
2252
2253         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2254         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2255 retry:
2256         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2257         if (pc != NULL) {
2258                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2259                         if (pc->pc_map[field]) {
2260                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2261                                 break;
2262                         }
2263                 }
2264                 if (field < _NPCM) {
2265                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2266                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2267                         /* If this was the last item, move it to tail */
2268                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2269                             pc->pc_map[2] == 0) {
2270                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2271                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2272                                     pc_list);
2273                         }
2274                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2275                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2276                         return (pv);
2277                 }
2278         }
2279         /* No free items, allocate another chunk */
2280         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2281             VM_ALLOC_WIRED);
2282         if (m == NULL) {
2283                 if (lockp == NULL) {
2284                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2285                         return (NULL);
2286                 }
2287                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2288                 if (m == NULL)
2289                         goto retry;
2290         }
2291         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2292         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2293         dump_add_page(m->phys_addr);
2294         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2295         pc->pc_pmap = pmap;
2296         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2297         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2298         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2299         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2300         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2301         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2302         pv = &pc->pc_pventry[0];
2303         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2304         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2305         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2306         return (pv);
2307 }
2308
2309 /*
2310  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2311  * exceeds the given count, "needed".
2312  *
2313  * The given PV list lock may be released.
2314  */
2315 static void
2316 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2317 {
2318         struct pch new_tail;
2319         struct pv_chunk *pc;
2320         vm_page_t m;
2321         int avail, free;
2322         bool reclaimed;
2323
2324         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2325         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2326
2327         /*
2328          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2329          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2330          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2331          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2332          */
2333         TAILQ_INIT(&new_tail);
2334 retry:
2335         avail = 0;
2336         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2337                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2338                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2339                 if (free == 0)
2340                         break;
2341                 avail += free;
2342                 if (avail >= needed)
2343                         break;
2344         }
2345         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2346                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2347                     VM_ALLOC_WIRED);
2348                 if (m == NULL) {
2349                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2350                         if (m == NULL)
2351                                 goto retry;
2352                         reclaimed = true;
2353                 }
2354                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2355                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2356                 dump_add_page(m->phys_addr);
2357                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2358                 pc->pc_pmap = pmap;
2359                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2360                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2361                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2362                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2363                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2364                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2365
2366                 /*
2367                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2368                  * If that chunk contained available entries, we need to
2369                  * re-count the number of available entries.
2370                  */
2371                 if (reclaimed)
2372                         goto retry;
2373         }
2374         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2375                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2376                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2377                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2378         }
2379 }
2380
2381 /*
2382  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2383  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2384  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2385  * 2MB page mappings.
2386  */
2387 static __inline pv_entry_t
2388 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2389 {
2390         pv_entry_t pv;
2391
2392         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2393                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2394                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2395                         pvh->pv_gen++;
2396                         break;
2397                 }
2398         }
2399         return (pv);
2400 }
2401
2402 /*
2403  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2404  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2405  * entries for each of the 4KB page mappings.
2406  */
2407 static void
2408 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2409     struct rwlock **lockp)
2410 {
2411         struct md_page *pvh;
2412         struct pv_chunk *pc;
2413         pv_entry_t pv;
2414         vm_offset_t va_last;
2415         vm_page_t m;
2416         int bit, field;
2417
2418         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2419         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2420             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2421         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2422             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2423         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2424
2425         /*
2426          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2427          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2428          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2429          */
2430         pvh = pa_to_pvh(pa);
2431         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2432         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2433         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2434         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2435         m->md.pv_gen++;
2436         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2437         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2438         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2439         for (;;) {
2440                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2441                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2442                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2443                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2444                         while (pc->pc_map[field]) {
2445                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2446                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2447                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2448                                 va += PAGE_SIZE;
2449                                 pv->pv_va = va;
2450                                 m++;
2451                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2452                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2453                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2454                                 m->md.pv_gen++;
2455                                 if (va == va_last)
2456                                         goto out;
2457                         }
2458                 }
2459                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2460                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2461         }
2462 out:
2463         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2464                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2465                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2466         }
2467         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2468         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2469 }
2470
2471 /*
2472  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2473  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2474  * page mappings.
2475  */
2476 static void
2477 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2478 {
2479         pv_entry_t pv;
2480
2481         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2482         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2483         free_pv_entry(pmap, pv);
2484 }
2485
2486 /*
2487  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2488  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2489  */
2490 static boolean_t
2491 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2492     struct rwlock **lockp)
2493 {
2494         pv_entry_t pv;
2495
2496         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2497         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2498         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2499                 pv->pv_va = va;
2500                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2501                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2502                 m->md.pv_gen++;
2503                 return (TRUE);
2504         } else
2505                 return (FALSE);
2506 }
2507
2508 /*
2509  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2510  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2511  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2512  */
2513 static bool
2514 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2515     struct rwlock **lockp)
2516 {
2517         struct md_page *pvh;
2518         pv_entry_t pv;
2519         vm_paddr_t pa;
2520
2521         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2522         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2523         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2524             NULL : lockp)) == NULL)
2525                 return (false);
2526         pv->pv_va = va;
2527         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2528         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2529         pvh = pa_to_pvh(pa);
2530         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2531         pvh->pv_gen++;
2532         return (true);
2533 }
2534
2535 static void
2536 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2537 {
2538         pt_entry_t newl2, oldl2;
2539         vm_page_t ml3;
2540         vm_paddr_t ml3pa;
2541
2542         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2543         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2544         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2545
2546         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2547         if (ml3 == NULL)
2548                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2549
2550         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2551         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2552
2553         /*
2554          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2555          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2556          */
2557         if (ml3->valid != 0)
2558                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2559
2560         /*
2561          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2562          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2563          */
2564         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2565         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2566             __func__, l2, oldl2));
2567 }
2568
2569 /*
2570  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2571  */
2572 static int
2573 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2574     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2575 {
2576         struct md_page *pvh;
2577         pt_entry_t old_l2;
2578         vm_offset_t eva, va;
2579         vm_page_t m, ml3;
2580
2581         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2582         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2583         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2584         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2585             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2586
2587         /*
2588          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2589          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2590          */
2591         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2592
2593         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2594                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2595         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2596         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2597                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2598                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2599                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2600                 eva = sva + L2_SIZE;
2601                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2602                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2603                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2604                                 vm_page_dirty(m);
2605                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2606                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2607                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2608                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2609                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2610                 }
2611         }
2612         if (pmap == kernel_pmap) {
2613                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2614         } else {
2615                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2616                 if (ml3 != NULL) {
2617                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2618                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2619                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2620                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2621                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2622                         ml3->ref_count = 0;
2623                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2624                 }
2625         }
2626         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2627 }
2628
2629 /*
2630  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2631  */
2632 static int
2633 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2634     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2635 {
2636         struct md_page *pvh;
2637         pt_entry_t old_l3;
2638         vm_page_t m;
2639
2640         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2641         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2642         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2643         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2644                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2645         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2646         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2647                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2648                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2649                         vm_page_dirty(m);
2650                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2651                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2652                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2653                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2654                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2655                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2656                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2657                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2658                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2659                 }
2660         }
2661         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2666  * identified by the given L2 entry.
2667  */
2668 static void
2669 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2670     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2671 {
2672         struct md_page *pvh;
2673         struct rwlock *new_lock;
2674         pt_entry_t *l3, old_l3;
2675         vm_offset_t va;
2676         vm_page_t l3pg, m;
2677
2678         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2679         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2680             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2681         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2682             NULL;
2683         va = eva;
2684         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2685                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2686                         if (va != eva) {
2687                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2688                                 va = eva;
2689                         }
2690                         continue;
2691                 }
2692                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2693                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2694                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2695                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2696                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2697                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2698                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2699                                 vm_page_dirty(m);
2700                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2701                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2702                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2703                         if (new_lock != *lockp) {
2704                                 if (*lockp != NULL) {
2705                                         /*
2706                                          * Pending TLB invalidations must be
2707                                          * performed before the PV list lock is
2708                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2709                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2710                                          * could return while a stale TLB entry
2711                                          * still provides access to that page. 
2712                                          */
2713                                         if (va != eva) {
2714                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2715                                                     sva);
2716                                                 va = eva;
2717                                         }
2718                                         rw_wunlock(*lockp);
2719                                 }
2720                                 *lockp = new_lock;
2721                                 rw_wlock(*lockp);
2722                         }
2723                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2724                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2725                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2726                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2727                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2728                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2729                         }
2730                 }
2731                 if (va == eva)
2732                         va = sva;
2733                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2734                         sva += L3_SIZE;
2735                         break;
2736                 }
2737         }
2738         if (va != eva)
2739                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2740 }
2741
2742 /*
2743  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2744  *
2745  *      It is assumed that the start and end are properly
2746  *      rounded to the page size.
2747  */
2748 void
2749 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2750 {
2751         struct rwlock *lock;
2752         vm_offset_t va_next;
2753         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2754         pt_entry_t l3_paddr;
2755         struct spglist free;
2756
2757         /*
2758          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2759          */
2760         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2761                 return;
2762
2763         SLIST_INIT(&free);
2764
2765         PMAP_LOCK(pmap);
2766
2767         lock = NULL;
2768         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2769
2770                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2771                         break;
2772
2773                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2774                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2775                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2776                         if (va_next < sva)
2777                                 va_next = eva;
2778                         continue;
2779                 }
2780
2781                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2782                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2783                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2784                         if (va_next < sva)
2785                                 va_next = eva;
2786                         continue;
2787                 }
2788
2789                 /*
2790                  * Calculate index for next page table.
2791                  */
2792                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2793                 if (va_next < sva)
2794                         va_next = eva;
2795
2796                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2797                 if (l2 == NULL)
2798                         continue;
2799
2800                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2801
2802                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2803                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2804                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2805                                     &free, &lock);
2806                                 continue;
2807                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2808                             &lock) == NULL)
2809                                 continue;
2810                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2811                 }
2812
2813                 /*
2814                  * Weed out invalid mappings.
2815                  */
2816                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2817                         continue;
2818
2819                 /*
2820                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2821                  * by the current page table page, or to the end of the
2822                  * range being removed.
2823                  */
2824                 if (va_next > eva)
2825                         va_next = eva;
2826
2827                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
2828                     &lock);
2829         }
2830         if (lock != NULL)
2831                 rw_wunlock(lock);
2832         PMAP_UNLOCK(pmap);
2833         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2834 }
2835
2836 /*
2837  *      Routine:        pmap_remove_all
2838  *      Function:
2839  *              Removes this physical page from
2840  *              all physical maps in which it resides.
2841  *              Reflects back modify bits to the pager.
2842  *
2843  *      Notes:
2844  *              Original versions of this routine were very
2845  *              inefficient because they iteratively called
2846  *              pmap_remove (slow...)
2847  */
2848
2849 void
2850 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2851 {
2852         struct md_page *pvh;
2853         pv_entry_t pv;
2854         pmap_t pmap;
2855         struct rwlock *lock;
2856         pd_entry_t *pde, tpde;
2857         pt_entry_t *pte, tpte;
2858         vm_offset_t va;
2859         struct spglist free;
2860         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2861
2862         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2863             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2864         SLIST_INIT(&free);
2865         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2866         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2867             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2868 retry:
2869         rw_wlock(lock);
2870         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2871                 pmap = PV_PMAP(pv);
2872                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2873                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2874                         rw_wunlock(lock);
2875                         PMAP_LOCK(pmap);
2876                         rw_wlock(lock);
2877                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2878                                 rw_wunlock(lock);
2879                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2880                                 goto retry;
2881                         }
2882                 }
2883                 va = pv->pv_va;
2884                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2885                 KASSERT(pte != NULL,
2886                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
2887                 KASSERT(lvl == 2,
2888                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
2889
2890                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
2891                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2892         }
2893         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2894                 pmap = PV_PMAP(pv);
2895                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
2896                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2897                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2898                         md_gen = m->md.pv_gen;
2899                         rw_wunlock(lock);
2900                         PMAP_LOCK(pmap);
2901                         rw_wlock(lock);
2902                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
2903                                 rw_wunlock(lock);
2904                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2905                                 goto retry;
2906                         }
2907                 }
2908                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2909
2910                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
2911                 KASSERT(pde != NULL,
2912                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
2913                 KASSERT(lvl == 2,
2914                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
2915                 tpde = pmap_load(pde);
2916
2917                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
2918                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2919                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
2920                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2921                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2922                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2923                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2924                 }
2925
2926                 /*
2927                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2928                  */
2929                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2930                         vm_page_dirty(m);
2931                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
2932                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2933                 m->md.pv_gen++;
2934                 free_pv_entry(pmap, pv);
2935                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2936         }
2937         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2938         rw_wunlock(lock);
2939         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2940 }
2941
2942 /*
2943  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
2944  */
2945 static void
2946 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
2947     pt_entry_t nbits)
2948 {
2949         pd_entry_t old_l2;
2950         vm_page_t m, mt;
2951
2952         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2953         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
2954         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
2955             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
2956         old_l2 = pmap_load(l2);
2957         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2958             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2959
2960         /*
2961          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
2962          * in place.
2963          */
2964 retry:
2965         if ((old_l2 & mask) == nbits)
2966                 return;
2967
2968         /*
2969          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
2970          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
2971          * pages.
2972          */
2973         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
2974             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
2975             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
2976                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2977                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
2978                         vm_page_dirty(mt);
2979         }
2980
2981         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
2982                 goto retry;
2983
2984         /*
2985          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2986          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2987          */
2988         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2989 }
2990
2991 /*
2992  *      Set the physical protection on the
2993  *      specified range of this map as requested.
2994  */
2995 void
2996 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2997 {
2998         vm_offset_t va, va_next;
2999         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3000         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3001
3002         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3003         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3004         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3005                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3006                 return;
3007         }
3008
3009         mask = nbits = 0;
3010         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3011                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3012                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3013         }
3014         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3015                 mask |= ATTR_S1_XN;
3016                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3017         }
3018         if (mask == 0)
3019                 return;
3020
3021         PMAP_LOCK(pmap);
3022         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3023
3024                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3025                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3026                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3027                         if (va_next < sva)
3028                                 va_next = eva;
3029                         continue;
3030                 }
3031
3032                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3033                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3034                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3035                         if (va_next < sva)
3036                                 va_next = eva;
3037                         continue;
3038                 }
3039
3040                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3041                 if (va_next < sva)
3042                         va_next = eva;
3043
3044                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3045                 if (pmap_load(l2) == 0)
3046                         continue;
3047
3048                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3049                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3050                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3051                                 continue;
3052                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3053                                 continue;
3054                 }
3055                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3056                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3057
3058                 if (va_next > eva)
3059                         va_next = eva;
3060
3061                 va = va_next;
3062                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3063                     sva += L3_SIZE) {
3064                         l3 = pmap_load(l3p);
3065 retry:
3066                         /*
3067                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3068                          * invalid or already has the desired access
3069                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3070                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3071                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3072                          * have the desired restrictions.)
3073                          */
3074                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3075                                 if (va != va_next) {
3076                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3077                                         va = va_next;
3078                                 }
3079                                 continue;
3080                         }
3081
3082                         /*
3083                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3084                          * update the page's dirty field.
3085                          */
3086                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3087                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3088                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3089                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3090
3091                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3092                                 goto retry;
3093                         if (va == va_next)
3094                                 va = sva;
3095                 }
3096                 if (va != va_next)
3097                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3098         }
3099         PMAP_UNLOCK(pmap);
3100 }
3101
3102 /*
3103  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3104  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3105  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3106  * ordered by this virtual address range.
3107  *
3108  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3109  */
3110 static __inline int
3111 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3112 {
3113
3114         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3115         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3116         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3117 }
3118
3119 /*
3120  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3121  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3122  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3123  * specified virtual address.
3124  */
3125 static __inline vm_page_t
3126 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3127 {
3128
3129         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3130         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3131 }
3132
3133 /*
3134  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3135  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3136  * inconsistent state.
3137  */
3138 static void
3139 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3140     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3141 {
3142         register_t intr;
3143
3144         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3145
3146         /*
3147          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3148          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3149          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3150          */
3151         intr = intr_disable();
3152
3153         /*
3154          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3155          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3156          * lookup the physical address.
3157          */
3158         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3159         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3160
3161         /* Create the new mapping */
3162         pmap_store(pte, newpte);
3163         dsb(ishst);
3164
3165         intr_restore(intr);
3166 }
3167
3168 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3169 /*
3170  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3171  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3172  * for the 2MB page mapping.
3173  */
3174 static void
3175 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3176     struct rwlock **lockp)
3177 {
3178         struct md_page *pvh;
3179         pv_entry_t pv;
3180         vm_offset_t va_last;
3181         vm_page_t m;
3182
3183         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3184             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3185         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3186
3187         /*
3188          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3189          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3190          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3191          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3192          * mappings that is being promoted.
3193          */
3194         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3195         va = va & ~L2_OFFSET;
3196         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3197         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3198         pvh = pa_to_pvh(pa);
3199         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3200         pvh->pv_gen++;
3201         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3202         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3203         do {
3204                 m++;
3205                 va += PAGE_SIZE;
3206                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3207         } while (va < va_last);
3208 }
3209
3210 /*
3211  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3212  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3213  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3214  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3215  * identical characteristics.
3216  */
3217 static void
3218 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3219     struct rwlock **lockp)
3220 {
3221         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3222         vm_page_t mpte;
3223         vm_offset_t sva;
3224
3225         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3226         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3227
3228         sva = va & ~L2_OFFSET;
3229         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3230         newl2 = pmap_load(firstl3);
3231
3232 setl2:
3233         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3234                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3235                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3236                     " in pmap %p", va, pmap);
3237                 return;
3238         }
3239
3240         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3241             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3242                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3243                         goto setl2;
3244                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3245         }
3246
3247         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3248         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3249                 oldl3 = pmap_load(l3);
3250 setl3:
3251                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3252                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3253                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3254                             ~ATTR_SW_DBM))
3255                                 goto setl3;
3256                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3257                 }
3258                 if (oldl3 != pa) {
3259                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3260                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3261                             " in pmap %p", va, pmap);
3262                         return;
3263                 }
3264                 pa -= PAGE_SIZE;
3265         }
3266
3267         /*
3268          * Save the page table page in its current state until the L2
3269          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3270          * destroyed by pmap_remove_l3().
3271          */
3272         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3273         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3274             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3275             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3276         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3277             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3278         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3279                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3280                 CTR2(KTR_PMAP,
3281                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3282                     pmap);
3283                 return;
3284         }
3285
3286         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3287                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3288
3289         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3290         newl2 |= L2_BLOCK;
3291
3292         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3293
3294         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3295         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3296                     pmap);
3297 }
3298 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3299
3300 /*
3301  *      Insert the given physical page (p) at
3302  *      the specified virtual address (v) in the
3303  *      target physical map with the protection requested.
3304  *
3305  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3306  *      that the related pte can not be reclaimed.
3307  *
3308  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3309  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3310  *      insert this page into the given map NOW.
3311  */
3312 int
3313 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3314     u_int flags, int8_t psind)
3315 {
3316         struct rwlock *lock;
3317         pd_entry_t *pde;
3318         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3319         pt_entry_t *l2, *l3;
3320         pv_entry_t pv;
3321         vm_paddr_t opa, pa;
3322         vm_page_t mpte, om;
3323         boolean_t nosleep;
3324         int lvl, rv;
3325
3326         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3327
3328         va = trunc_page(va);
3329         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3330                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3331         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3332         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
3333             L3_PAGE);
3334         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3335                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3336         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3337             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3338                 new_l3 |= ATTR_S1_XN;
3339         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3340                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3341         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3342                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3343         else
3344                 new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3345         if (pmap != kernel_pmap)
3346                 new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3347         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3348                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3349                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3350                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3351                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0)
3352                                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3353                 }
3354         }
3355
3356         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3357
3358         lock = NULL;
3359         PMAP_LOCK(pmap);
3360         if (psind == 1) {
3361                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3362                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3363                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3364                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3365                     flags, m, &lock);
3366                 goto out;
3367         }
3368         mpte = NULL;
3369
3370         /*
3371          * In the case that a page table page is not
3372          * resident, we are creating it here.
3373          */
3374 retry:
3375         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3376         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3377                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3378                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3379                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3380                         mpte->ref_count++;
3381                 }
3382                 goto havel3;
3383         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3384                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3385                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3386                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3387                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3388                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3389                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3390                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3391                                 mpte->ref_count++;
3392                         }
3393                         goto havel3;
3394                 }
3395                 /* We need to allocate an L3 table. */
3396         }
3397         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3398                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3399
3400                 /*
3401                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3402                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3403                  * was created while we slept.
3404                  */
3405                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3406                     nosleep ? NULL : &lock);
3407                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3408                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3409                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3410                         goto out;
3411                 }
3412                 goto retry;
3413         } else
3414                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3415
3416 havel3:
3417         orig_l3 = pmap_load(l3);
3418         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3419         pv = NULL;
3420
3421         /*
3422          * Is the specified virtual address already mapped?
3423          */
3424         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3425                 /*
3426                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3427                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3428                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3429                  * the PT page will be also.
3430                  */
3431                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3432                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3433                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3434                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3435                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3436                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3437
3438                 /*
3439                  * Remove the extra PT page reference.
3440                  */
3441                 if (mpte != NULL) {
3442                         mpte->ref_count--;
3443                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3444                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3445                              " va: 0x%lx", va));
3446                 }
3447
3448                 /*
3449                  * Has the physical page changed?
3450                  */
3451                 if (opa == pa) {
3452                         /*
3453                          * No, might be a protection or wiring change.
3454                          */
3455                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3456                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3457                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3458                         goto validate;
3459                 }
3460
3461                 /*
3462                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3463                  * the mapping.
3464                  */
3465                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3466                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3467                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3468                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3469                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3470
3471                         /*
3472                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3473                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3474                          * pmap_ts_referenced().
3475                          */
3476                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3477                                 vm_page_dirty(om);
3478                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3479                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3480                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3481                         }
3482                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3483                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3484                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3485                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3486                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3487                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3488                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3489                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3490                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3491                 } else {
3492                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
3493                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
3494                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3495                 }
3496                 orig_l3 = 0;
3497         } else {
3498                 /*
3499                  * Increment the counters.
3500                  */
3501                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3502                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3503                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3504         }
3505         /*
3506          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3507          */
3508         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3509                 if (pv == NULL) {
3510                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3511                         pv->pv_va = va;
3512                 }
3513                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3514                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3515                 m->md.pv_gen++;
3516                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3517                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3518         }
3519
3520 validate:
3521         /*
3522          * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WRITE_BACK
3523          * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
3524          * valid for hardware table walk. If done later, then other can
3525          * access this page before caches are properly synced.
3526          * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
3527          * permission even if the memory isn't going to hold executable
3528          * code. The only time when icache sync is needed is after
3529          * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
3530          * And it's done in elf_cpu_load_file().
3531         */
3532         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3533             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3534             (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN)))
3535                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3536
3537         /*
3538          * Update the L3 entry
3539          */
3540         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3541                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3542                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3543                         /* same PA, different attributes */
3544                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
3545                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3546                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3547                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3548                                 vm_page_dirty(m);
3549                 } else {
3550                         /*
3551                          * orig_l3 == new_l3
3552                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3553                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3554                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3555                          * cycle.
3556                          * Another possible reasons are:
3557                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3558                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3559                          *   actual mapping.
3560                          */
3561                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3562                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3563                             __func__, pmap, va, new_l3);
3564                 }
3565         } else {
3566                 /* New mapping */
3567                 pmap_store(l3, new_l3);
3568                 dsb(ishst);
3569         }
3570
3571 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3572         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
3573             pmap_ps_enabled(pmap) &&
3574             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3575             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3576                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3577         }
3578 #endif
3579
3580         rv = KERN_SUCCESS;
3581 out:
3582         if (lock != NULL)
3583                 rw_wunlock(lock);
3584         PMAP_UNLOCK(pmap);
3585         return (rv);
3586 }
3587
3588 /*
3589  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3590  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3591  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3592  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3593  * PV entry.
3594  */
3595 static bool
3596 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3597     struct rwlock **lockp)
3598 {
3599         pd_entry_t new_l2;
3600
3601         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3602         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3603
3604         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3605             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
3606             L2_BLOCK);
3607         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3608                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3609                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3610         }
3611         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3612             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3613                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
3614         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3615                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3616         else
3617                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
3618         if (pmap != kernel_pmap)
3619                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
3620         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3621             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3622             KERN_SUCCESS);
3623 }
3624
3625 /*
3626  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
3627  * zero.
3628  */
3629 static bool
3630 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
3631 {
3632         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3633
3634         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
3635         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3636         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
3637                 if (*pte != 0)
3638                         return (false);
3639         }
3640         return (true);
3641 }
3642
3643 /*
3644  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3645  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3646  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3647  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
3648  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
3649  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3650  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3651  *
3652  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3653  */
3654 static int
3655 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
3656     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
3657 {
3658         struct spglist free;
3659         pd_entry_t *l2, old_l2;
3660         vm_page_t l2pg, mt;
3661
3662         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3663
3664         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
3665             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
3666                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3667                     va, pmap);
3668                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3669         }
3670
3671         /*
3672          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
3673          */
3674         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
3675                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
3676                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
3677                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
3678                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
3679                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
3680                         if (l2pg != NULL)
3681                                 l2pg->ref_count--;
3682                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
3683                             " in pmap %p", va, pmap);
3684                         return (KERN_FAILURE);
3685                 }
3686                 SLIST_INIT(&free);
3687                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
3688                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
3689                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
3690                 else
3691                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
3692                             &free, lockp);
3693                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3694                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3695                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3696                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3697                 } else {
3698                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3699                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
3700
3701                         /*
3702                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
3703                          * will leave the kernel page table page zero filled.
3704                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
3705                          * entry for the kernel page table page.
3706                          */
3707                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3708                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3709                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3710                         pmap_clear(l2);
3711                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3712                 }
3713         }
3714
3715         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3716                 /*
3717                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3718                  */
3719                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3720                         if (l2pg != NULL)
3721                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
3722                         CTR2(KTR_PMAP,
3723                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3724                             va, pmap);
3725                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3726                 }
3727                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3728                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3729                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3730         }
3731
3732         /*
3733          * Increment counters.
3734          */
3735         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3736                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3737         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3738
3739         /*
3740          * Map the superpage.
3741          */
3742         pmap_store(l2, new_l2);
3743         dsb(ishst);
3744
3745         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3746         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3747             va, pmap);
3748
3749         return (KERN_SUCCESS);
3750 }
3751
3752 /*
3753  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3754  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3755  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3756  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3757  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3758  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3759  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3760  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3761  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3762  * corresponding offset from m_start are mapped.
3763  */
3764 void
3765 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3766     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3767 {
3768         struct rwlock *lock;
3769         vm_offset_t va;
3770         vm_page_t m, mpte;
3771         vm_pindex_t diff, psize;
3772
3773         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3774
3775         psize = atop(end - start);
3776         mpte = NULL;
3777         m = m_start;
3778         lock = NULL;
3779         PMAP_LOCK(pmap);
3780         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3781                 va = start + ptoa(diff);
3782                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3783                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3784                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3785                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3786                 else
3787                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3788                             &lock);
3789                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3790         }
3791         if (lock != NULL)
3792                 rw_wunlock(lock);
3793         PMAP_UNLOCK(pmap);
3794 }
3795
3796 /*
3797  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3798  * 1. Current pmap & pmap exists.
3799  * 2. Not wired.
3800  * 3. Read access.
3801  * 4. No page table pages.
3802  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3803  */
3804
3805 void
3806 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3807 {
3808         struct rwlock *lock;
3809
3810         lock = NULL;
3811         PMAP_LOCK(pmap);
3812         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3813         if (lock != NULL)
3814                 rw_wunlock(lock);
3815         PMAP_UNLOCK(pmap);
3816 }
3817
3818 static vm_page_t
3819 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3820     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3821 {
3822         pd_entry_t *pde;
3823         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3824         vm_paddr_t pa;
3825         int lvl;
3826
3827         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3828             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3829             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3830         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3831         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3832
3833         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3834         /*
3835          * In the case that a page table page is not
3836          * resident, we are creating it here.
3837          */
3838         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3839                 vm_pindex_t l2pindex;
3840
3841                 /*
3842                  * Calculate pagetable page index
3843                  */
3844                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3845                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3846                         mpte->ref_count++;
3847                 } else {
3848                         /*
3849                          * Get the l2 entry
3850                          */
3851                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3852
3853                         /*
3854                          * If the page table page is mapped, we just increment
3855                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3856                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3857                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3858                          */
3859                         if (lvl == 1) {
3860                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3861                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3862                                     L2_BLOCK)
3863                                         return (NULL);
3864                         }
3865                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3866                                 mpte =
3867                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3868                                 mpte->ref_count++;
3869                         } else {
3870                                 /*
3871                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3872                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3873                                  */
3874                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3875                                 if (mpte == NULL)
3876                                         return (mpte);
3877                         }
3878                 }
3879                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3880                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3881         } else {
3882                 mpte = NULL;
3883                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3884                 KASSERT(pde != NULL,
3885                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3886                      va));
3887                 KASSERT(lvl == 2,
3888                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3889                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3890         }
3891
3892         /*
3893          * Abort if a mapping already exists.
3894          */
3895         if (pmap_load(l3) != 0) {
3896                 if (mpte != NULL)
3897                         mpte->ref_count--;
3898                 return (NULL);
3899         }
3900
3901         /*
3902          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3903          */
3904         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3905             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3906                 if (mpte != NULL)
3907                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
3908                 return (NULL);
3909         }
3910
3911         /*
3912          * Increment counters
3913          */
3914         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3915
3916         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3917         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
3918             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
3919         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3920             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3921                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
3922         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3923                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3924         else
3925                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
3926         if (pmap != kernel_pmap)
3927                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
3928
3929         /*
3930          * Now validate mapping with RO protection
3931          */
3932         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3933                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
3934                 l3_val &= ~ATTR_AF;
3935         }
3936
3937         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
3938         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3939             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
3940                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3941
3942         pmap_store(l3, l3_val);
3943         dsb(ishst);
3944
3945         return (mpte);
3946 }
3947
3948 /*
3949  * This code maps large physical mmap regions into the
3950  * processor address space.  Note that some shortcuts
3951  * are taken, but the code works.
3952  */
3953 void
3954 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3955     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3956 {
3957
3958         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3959         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3960             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3961 }
3962
3963 /*
3964  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3965  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3966  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3967  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3968  *
3969  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3970  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3971  */
3972 void
3973 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3974 {
3975         vm_offset_t va_next;
3976         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3977         pt_entry_t *l3;
3978
3979         PMAP_LOCK(pmap);
3980         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3981                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3982                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3983                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3984                         if (va_next < sva)
3985                                 va_next = eva;
3986                         continue;
3987                 }
3988
3989                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3990                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3991                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3992                         if (va_next < sva)
3993                                 va_next = eva;
3994                         continue;
3995                 }
3996
3997                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3998                 if (va_next < sva)
3999                         va_next = eva;
4000
4001                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4002                 if (pmap_load(l2) == 0)
4003                         continue;
4004
4005                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4006                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4007                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4008                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4009
4010                         /*
4011                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4012                          * demote the mapping and fall through.
4013                          */
4014                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4015                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4016                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4017                                     PAGE_SIZE;
4018                                 continue;
4019                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4020                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4021                 }
4022                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4023                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4024
4025                 if (va_next > eva)
4026                         va_next = eva;
4027                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4028                     sva += L3_SIZE) {
4029                         if (pmap_load(l3) == 0)
4030                                 continue;
4031                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4032                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4033                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4034
4035                         /*
4036                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4037                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4038                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4039                          */
4040                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4041                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4042                 }
4043         }
4044         PMAP_UNLOCK(pmap);
4045 }
4046
4047 /*
4048  *      Copy the range specified by src_addr/len
4049  *      from the source map to the range dst_addr/len
4050  *      in the destination map.
4051  *
4052  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4053  *
4054  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4055  *      it should not have to flush the instruction cache.
4056  */
4057 void
4058 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4059     vm_offset_t src_addr)
4060 {
4061         struct rwlock *lock;
4062         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4063         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4064         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4065         vm_page_t dst_l2pg, dstmpte, srcmpte;
4066
4067         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4068         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4069
4070         if (dst_addr != src_addr)
4071                 return;
4072         end_addr = src_addr + len;
4073         lock = NULL;
4074         if (dst_pmap < src_pmap) {
4075                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4076                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4077         } else {
4078                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4079                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4080         }
4081         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4082                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4083                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4084                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4085                         if (va_next < addr)
4086                                 va_next = end_addr;
4087                         continue;
4088                 }
4089                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4090                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4091                         va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4092                         if (va_next < addr)
4093                                 va_next = end_addr;
4094                         continue;
4095                 }
4096                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4097                 if (va_next < addr)
4098                         va_next = end_addr;
4099                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4100                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4101                 if (srcptepaddr == 0)
4102                         continue;
4103                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4104                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4105                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4106                                 continue;
4107                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_l2pg, NULL);
4108                         if (l2 == NULL)
4109                                 break;
4110                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4111                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4112                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4113                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4114                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4115                                 nbits = 0;
4116                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4117                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4118                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4119                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4120                                     PAGE_SIZE);
4121                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4122                         } else
4123                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_l2pg);
4124                         continue;
4125                 }
4126                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4127                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4128                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4129                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4130                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4131                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4132                 if (va_next > end_addr)
4133                         va_next = end_addr;
4134                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4135                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4136                 dstmpte = NULL;
4137                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4138                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4139
4140                         /*
4141                          * We only virtual copy managed pages.
4142                          */
4143                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4144                                 continue;
4145
4146                         if (dstmpte != NULL) {
4147                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4148                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4149                                 dstmpte->ref_count++;
4150                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4151                             NULL)) == NULL)
4152                                 goto out;
4153                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4154                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4155                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4156                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4157                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4158                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4159                                 /*
4160                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4161                                  * (referenced) bits during the copy.
4162                                  */
4163                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4164                                 nbits = 0;
4165                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4166                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4167                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4168                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4169                         } else {
4170                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4171                                 goto out;
4172                         }
4173                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4174                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4175                                 break;
4176                 }
4177         }
4178 out:
4179         /*
4180          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4181          * not active.
4182          */
4183         dsb(ishst);
4184
4185         if (lock != NULL)
4186                 rw_wunlock(lock);
4187         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4188         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4189 }
4190
4191 /*
4192  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4193  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4194  */
4195 void
4196 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4197 {
4198         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4199
4200         pagezero((void *)va);
4201 }
4202
4203 /*
4204  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4205  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4206  *
4207  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4208  */
4209 void
4210 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4211 {
4212         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4213
4214         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4215                 pagezero((void *)va);
4216         else
4217                 bzero((char *)va + off, size);
4218 }
4219
4220 /*
4221  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4222  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4223  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4224  *      time.
4225  */
4226 void
4227 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4228 {
4229         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4230         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4231
4232         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4233 }
4234
4235 int unmapped_buf_allowed = 1;
4236
4237 void
4238 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4239     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4240 {
4241         void *a_cp, *b_cp;
4242         vm_page_t m_a, m_b;
4243         vm_paddr_t p_a, p_b;
4244         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4245         int cnt;
4246
4247         while (xfersize > 0) {
4248                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4249                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4250                 p_a = m_a->phys_addr;
4251                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4252                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4253                 p_b = m_b->phys_addr;
4254                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4255                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4256                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4257                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4258                 } else {
4259                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4260                 }
4261                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4262                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4263                 } else {
4264                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4265                 }
4266                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4267                 a_offset += cnt;
4268                 b_offset += cnt;
4269                 xfersize -= cnt;
4270         }
4271 }
4272
4273 vm_offset_t
4274 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4275 {
4276
4277         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4278 }
4279
4280 void
4281 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4282 {
4283 }
4284
4285 /*
4286  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4287  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4288  * be changed upwards or downwards in the future; it
4289  * is only necessary that true be returned for a small
4290  * subset of pmaps for proper page aging.
4291  */
4292 boolean_t
4293 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4294 {
4295         struct md_page *pvh;
4296         struct rwlock *lock;
4297         pv_entry_t pv;
4298         int loops = 0;
4299         boolean_t rv;
4300
4301         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4302             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4303         rv = FALSE;
4304         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4305         rw_rlock(lock);
4306         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4307                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4308                         rv = TRUE;
4309                         break;
4310                 }
4311                 loops++;
4312                 if (loops >= 16)
4313                         break;
4314         }
4315         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4316                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4317                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4318                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4319                                 rv = TRUE;
4320                                 break;
4321                         }
4322                         loops++;
4323                         if (loops >= 16)
4324                                 break;
4325                 }
4326         }
4327         rw_runlock(lock);
4328         return (rv);
4329 }
4330
4331 /*
4332  *      pmap_page_wired_mappings:
4333  *
4334  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4335  *      that are wired.
4336  */
4337 int
4338 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4339 {
4340         struct rwlock *lock;
4341         struct md_page *pvh;
4342         pmap_t pmap;
4343         pt_entry_t *pte;
4344         pv_entry_t pv;
4345         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4346
4347         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4348                 return (0);
4349         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4350         rw_rlock(lock);
4351 restart:
4352         count = 0;
4353         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4354                 pmap = PV_PMAP(pv);
4355                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4356                         md_gen = m->md.pv_gen;
4357                         rw_runlock(lock);
4358                         PMAP_LOCK(pmap);
4359                         rw_rlock(lock);
4360                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4361                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4362                                 goto restart;
4363                         }
4364                 }
4365                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4366                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4367                         count++;
4368                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4369         }
4370         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4371                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4372                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4373                         pmap = PV_PMAP(pv);
4374                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4375                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4376                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4377                                 rw_runlock(lock);
4378                                 PMAP_LOCK(pmap);
4379                                 rw_rlock(lock);
4380                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4381                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4382                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4383                                         goto restart;
4384                                 }
4385                         }
4386                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4387                         if (pte != NULL &&
4388                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4389                                 count++;
4390                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4391                 }
4392         }
4393         rw_runlock(lock);
4394         return (count);
4395 }
4396
4397 /*
4398  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4399  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4400  */
4401 bool
4402 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4403 {
4404         struct rwlock *lock;
4405         bool rv;
4406
4407         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4408                 return (false);
4409         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4410         rw_rlock(lock);
4411         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4412             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4413             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4414         rw_runlock(lock);
4415         return (rv);
4416 }
4417
4418 /*
4419  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4420  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4421  * caller.
4422  *
4423  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4424  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4425  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4426  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4427  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4428  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4429  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4430  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4431  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4432  * this function starts.
4433  */
4434 void
4435 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4436 {
4437         pd_entry_t *pde;
4438         pt_entry_t *pte, tpte;
4439         struct spglist free;
4440         vm_page_t m, ml3, mt;
4441         pv_entry_t pv;
4442         struct md_page *pvh;
4443         struct pv_chunk *pc, *npc;
4444         struct rwlock *lock;
4445         int64_t bit;
4446         uint64_t inuse, bitmask;
4447         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4448         vm_paddr_t pa;
4449
4450         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4451
4452         lock = NULL;
4453
4454         SLIST_INIT(&free);
4455         PMAP_LOCK(pmap);
4456         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4457                 allfree = 1;
4458                 freed = 0;
4459                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4460                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4461                         while (inuse != 0) {
4462                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4463                                 bitmask = 1UL << bit;
4464                                 idx = field * 64 + bit;
4465                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4466                                 inuse &= ~bitmask;
4467
4468                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4469                                 KASSERT(pde != NULL,
4470                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4471
4472                                 switch(lvl) {
4473                                 case 1:
4474                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4475                                         tpte = pmap_load(pte); 
4476                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4477                                             L2_BLOCK,
4478                                             ("Attempting to remove an invalid "
4479                                             "block: %lx", tpte));
4480                                         break;
4481                                 case 2:
4482                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4483                                         tpte = pmap_load(pte);
4484                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4485                                             L3_PAGE,
4486                                             ("Attempting to remove an invalid "
4487                                              "page: %lx", tpte));
4488                                         break;
4489                                 default:
4490                                         panic(
4491                                             "Invalid page directory level: %d",
4492                                             lvl);
4493                                 }
4494
4495 /*
4496  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4497  */
4498                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4499                                         allfree = 0;
4500                                         continue;
4501                                 }
4502
4503                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4504
4505                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4506                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4507                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4508                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4509                                     (uintmax_t)tpte));
4510
4511                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4512                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4513                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4514                                     (uintmax_t)tpte));
4515
4516                                 /*
4517                                  * Because this pmap is not active on other
4518                                  * processors, the dirty bit cannot have
4519                                  * changed state since we last loaded pte.
4520                                  */
4521                                 pmap_clear(pte);
4522
4523                                 /*
4524                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4525                                  */
4526                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
4527                                         switch (lvl) {
4528                                         case 1:
4529                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4530                                                         vm_page_dirty(mt);
4531                                                 break;
4532                                         case 2:
4533                                                 vm_page_dirty(m);
4534                                                 break;
4535                                         }
4536                                 }
4537
4538                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4539
4540                                 /* Mark free */
4541                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4542                                 switch (lvl) {
4543                                 case 1:
4544                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4545                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4546                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4547                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4548                                         pvh->pv_gen++;
4549                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4550                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4551                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4552                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4553                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4554                                         }
4555                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4556                                             pv->pv_va);
4557                                         if (ml3 != NULL) {
4558                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4559                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4560                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4561                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
4562                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
4563                                                 ml3->ref_count = 0;
4564                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4565                                                     &free, FALSE);
4566                                         }
4567                                         break;
4568                                 case 2:
4569                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4570                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4571                                             pv_next);
4572                                         m->md.pv_gen++;
4573                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4574                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4575                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4576                                                 pvh = pa_to_pvh(
4577                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4578                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4579                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4580                                                             PGA_WRITEABLE);
4581                                         }
4582                                         break;
4583                                 }
4584                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4585                                     &free);
4586                                 freed++;
4587                         }
4588                 }
4589                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4590                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4591                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4592                 if (allfree) {
4593                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4594                         free_pv_chunk(pc);
4595                 }
4596         }
4597         if (lock != NULL)
4598                 rw_wunlock(lock);
4599         pmap_invalidate_all(pmap);
4600         PMAP_UNLOCK(pmap);
4601         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4602 }
4603
4604 /*
4605  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
4606  */
4607 static boolean_t
4608 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4609 {
4610         struct rwlock *lock;
4611         pv_entry_t pv;
4612         struct md_page *pvh;
4613         pt_entry_t *pte, mask, value;
4614         pmap_t pmap;
4615         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4616         boolean_t rv;
4617
4618         rv = FALSE;
4619         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4620         rw_rlock(lock);
4621 restart:
4622         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4623                 pmap = PV_PMAP(pv);
4624                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4625                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4626                         md_gen = m->md.pv_gen;
4627                         rw_runlock(lock);
4628                         PMAP_LOCK(pmap);
4629                         rw_rlock(lock);
4630                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4631                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4632                                 goto restart;
4633                         }
4634                 }
4635                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4636                 KASSERT(lvl == 3,
4637                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4638                 mask = 0;
4639                 value = 0;
4640                 if (modified) {
4641                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4642                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4643                 }
4644                 if (accessed) {
4645                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4646                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
4647                 }
4648                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4649                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4650                 if (rv)
4651                         goto out;
4652         }
4653         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4654                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4655                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4656                         pmap = PV_PMAP(pv);
4657                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4658                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4659                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4660                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4661                                 rw_runlock(lock);
4662                                 PMAP_LOCK(pmap);
4663                                 rw_rlock(lock);
4664                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4665                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4666                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4667                                         goto restart;
4668                                 }
4669                         }
4670                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4671                         KASSERT(lvl == 2,
4672                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4673                         mask = 0;
4674                         value = 0;
4675                         if (modified) {
4676                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4677                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4678                         }
4679                         if (accessed) {
4680                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4681                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
4682                         }
4683                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4684                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4685                         if (rv)
4686                                 goto out;
4687                 }
4688         }
4689 out:
4690         rw_runlock(lock);
4691         return (rv);
4692 }
4693
4694 /*
4695  *      pmap_is_modified:
4696  *
4697  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4698  *      in any physical maps.
4699  */
4700 boolean_t
4701 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4702 {
4703
4704         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4705             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4706
4707         /*
4708          * If the page is not busied then this check is racy.
4709          */
4710         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4711                 return (FALSE);
4712         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
4713 }
4714
4715 /*
4716  *      pmap_is_prefaultable:
4717  *
4718  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
4719  *      for prefault.
4720  */
4721 boolean_t
4722 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4723 {
4724         pt_entry_t *pte;
4725         boolean_t rv;
4726         int lvl;
4727
4728         rv = FALSE;
4729         PMAP_LOCK(pmap);
4730         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
4731         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
4732                 rv = TRUE;
4733         }
4734         PMAP_UNLOCK(pmap);
4735         return (rv);
4736 }
4737
4738 /*
4739  *      pmap_is_referenced:
4740  *
4741  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4742  *      in any physical maps.
4743  */
4744 boolean_t
4745 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4746 {
4747
4748         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4749             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4750         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
4751 }
4752
4753 /*
4754  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4755  */
4756 void
4757 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4758 {
4759         struct md_page *pvh;
4760         pmap_t pmap;
4761         struct rwlock *lock;
4762         pv_entry_t next_pv, pv;
4763         pt_entry_t oldpte, *pte;
4764         vm_offset_t va;
4765         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4766
4767         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4768             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4769         vm_page_assert_busied(m);
4770
4771         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4772                 return;
4773         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4774         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4775             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4776 retry_pv_loop:
4777         rw_wlock(lock);
4778         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4779                 pmap = PV_PMAP(pv);
4780                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4781                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4782                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4783                         rw_wunlock(lock);
4784                         PMAP_LOCK(pmap);
4785                         rw_wlock(lock);
4786                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4787                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4788                                 rw_wunlock(lock);
4789                                 goto retry_pv_loop;
4790                         }
4791                 }
4792                 va = pv->pv_va;
4793                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4794                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
4795                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
4796                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4797                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4798                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4799                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4800         }
4801         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4802                 pmap = PV_PMAP(pv);
4803                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4804                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4805                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4806                         md_gen = m->md.pv_gen;
4807                         rw_wunlock(lock);
4808                         PMAP_LOCK(pmap);
4809                         rw_wlock(lock);
4810                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4811                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4812                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4813                                 rw_wunlock(lock);
4814                                 goto retry_pv_loop;
4815                         }
4816                 }
4817                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4818                 oldpte = pmap_load(pte);
4819 retry:
4820                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
4821                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
4822                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
4823                                 goto retry;
4824                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
4825                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
4826                                 vm_page_dirty(m);
4827                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4828                 }
4829                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4830         }
4831         rw_wunlock(lock);
4832         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4833 }
4834
4835 /*
4836  *      pmap_ts_referenced:
4837  *
4838  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4839  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4840  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4841  *      reference bits set.
4842  *
4843  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4844  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4845  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4846  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4847  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4848  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4849  *      to pmap_is_modified().
4850  */
4851 int
4852 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4853 {
4854         struct md_page *pvh;
4855         pv_entry_t pv, pvf;
4856         pmap_t pmap;
4857         struct rwlock *lock;
4858         pd_entry_t *pde, tpde;
4859         pt_entry_t *pte, tpte;
4860         vm_offset_t va;
4861         vm_paddr_t pa;
4862         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
4863         struct spglist free;
4864
4865         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4866             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4867         SLIST_INIT(&free);
4868         cleared = 0;
4869         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4870         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4871         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4872         rw_wlock(lock);
4873 retry:
4874         not_cleared = 0;
4875         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4876                 goto small_mappings;
4877         pv = pvf;
4878         do {
4879                 if (pvf == NULL)
4880                         pvf = pv;
4881                 pmap = PV_PMAP(pv);
4882                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4883                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4884                         rw_wunlock(lock);
4885                         PMAP_LOCK(pmap);
4886                         rw_wlock(lock);
4887                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4888                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4889                                 goto retry;
4890                         }
4891                 }
4892                 va = pv->pv_va;
4893                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4894                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4895                 KASSERT(lvl == 1,
4896                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4897                 tpde = pmap_load(pde);
4898                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4899                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4900                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4901                 tpte = pmap_load(pte);
4902                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
4903                         /*
4904                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4905                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4906                          * we only update the 4KB page under test.
4907                          */
4908                         vm_page_dirty(m);
4909                 }
4910
4911                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4912                         /*
4913                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
4914                          * it should not be cleared every time it is tested.
4915                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
4916                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
4917                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
4918                          * which testing the reference bit will result in
4919                          * clearing that reference bit.  This function is
4920                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
4921                          * for every 2MB page mapping.
4922                          *
4923                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4924                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4925                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4926                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4927                          * since the superpage is wired, the current state of
4928                          * its reference bit won't affect page replacement.
4929                          */
4930                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4931                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4932                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4933                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
4934                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4935                                 cleared++;
4936                         } else
4937                                 not_cleared++;
4938                 }
4939                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4940                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4941                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4942                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4943                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4944                         pvh->pv_gen++;
4945                 }
4946                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4947                         goto out;
4948         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4949 small_mappings:
4950         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4951                 goto out;
4952         pv = pvf;
4953         do {
4954                 if (pvf == NULL)
4955                         pvf = pv;
4956                 pmap = PV_PMAP(pv);
4957                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4958                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4959                         md_gen = m->md.pv_gen;
4960                         rw_wunlock(lock);
4961                         PMAP_LOCK(pmap);
4962                         rw_wlock(lock);
4963                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4964                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4965                                 goto retry;
4966                         }
4967                 }
4968                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4969                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4970                 KASSERT(lvl == 2,
4971                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4972                 tpde = pmap_load(pde);
4973                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4974                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4975                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4976                 tpte = pmap_load(pte);
4977                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
4978                         vm_page_dirty(m);
4979                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4980                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4981                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
4982                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4983                                 cleared++;
4984                         } else
4985                                 not_cleared++;
4986                 }
4987                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4988                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4989                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4990                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4991                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4992                         m->md.pv_gen++;
4993                 }
4994         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4995             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4996 out:
4997         rw_wunlock(lock);
4998         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4999         return (cleared + not_cleared);
5000 }
5001
5002 /*
5003  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5004  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5005  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5006  */
5007 void
5008 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5009 {
5010         struct rwlock *lock;
5011         vm_offset_t va, va_next;
5012         vm_page_t m;
5013         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5014         pt_entry_t *l3, oldl3;
5015
5016         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5017
5018         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5019                 return;
5020
5021         PMAP_LOCK(pmap);
5022         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5023                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5024                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5025                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5026                         if (va_next < sva)
5027                                 va_next = eva;
5028                         continue;
5029                 }
5030                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5031                 if (pmap_load(l1) == 0) {
5032                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5033                         if (va_next < sva)
5034                                 va_next = eva;
5035                         continue;
5036                 }
5037                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5038                 if (va_next < sva)
5039                         va_next = eva;
5040                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5041                 oldl2 = pmap_load(l2);
5042                 if (oldl2 == 0)
5043                         continue;
5044                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5045                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5046                                 continue;
5047                         lock = NULL;
5048                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5049                                 if (lock != NULL)
5050                                         rw_wunlock(lock);
5051
5052                                 /*
5053                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5054                                  */
5055                                 continue;
5056                         }
5057
5058                         /*
5059                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5060                          * mapping to a single page so that a subsequent
5061                          * access may repromote.  Choosing the last page
5062                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5063                          * generally results in more repromotions.  Since the
5064                          * underlying page table page is fully populated, this
5065                          * removal never frees a page table page.
5066                          */
5067                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5068                                 va = eva;
5069                                 if (va > va_next)
5070                                         va = va_next;
5071                                 va -= PAGE_SIZE;
5072                                 KASSERT(va >= sva,
5073                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5074                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5075                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5076                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5077                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5078                                     NULL, &lock);
5079                         }
5080                         if (lock != NULL)
5081                                 rw_wunlock(lock);
5082                 }
5083                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5084                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5085                 if (va_next > eva)
5086                         va_next = eva;
5087                 va = va_next;
5088                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5089                     sva += L3_SIZE) {
5090                         oldl3 = pmap_load(l3);
5091                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5092                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5093                                 goto maybe_invlrng;
5094                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5095                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5096                                         /*
5097                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5098                                          * can be avoided by making the page
5099                                          * dirty now.
5100                                          */
5101                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5102                                         vm_page_dirty(m);
5103                                 }
5104                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5105                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5106                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5107                                         cpu_spinwait();
5108                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5109                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5110                         else
5111                                 goto maybe_invlrng;
5112                         if (va == va_next)
5113                                 va = sva;
5114                         continue;
5115 maybe_invlrng:
5116                         if (va != va_next) {
5117                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5118                                 va = va_next;
5119                         }
5120                 }
5121                 if (va != va_next)
5122                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5123         }
5124         PMAP_UNLOCK(pmap);
5125 }
5126
5127 /*
5128  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5129  */
5130 void
5131 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5132 {
5133         struct md_page *pvh;
5134         struct rwlock *lock;
5135         pmap_t pmap;
5136         pv_entry_t next_pv, pv;
5137         pd_entry_t *l2, oldl2;
5138         pt_entry_t *l3, oldl3;
5139         vm_offset_t va;
5140         int md_gen, pvh_gen;
5141
5142         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5143             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5144         vm_page_assert_busied(m);
5145
5146         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5147                 return;
5148         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5149             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5150         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5151         rw_wlock(lock);
5152 restart:
5153         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5154                 pmap = PV_PMAP(pv);
5155                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5156                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5157                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5158                         rw_wunlock(lock);
5159                         PMAP_LOCK(pmap);
5160                         rw_wlock(lock);
5161                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5162                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5163                                 goto restart;
5164                         }
5165                 }
5166                 va = pv->pv_va;
5167                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5168                 oldl2 = pmap_load(l2);
5169                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5170                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5171                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5172                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5173                         /*
5174                          * Write protect the mapping to a single page so that
5175                          * a subsequent write access may repromote.
5176                          */
5177                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5178                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5179                         oldl3 = pmap_load(l3);
5180                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5181                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5182                                 cpu_spinwait();
5183                         vm_page_dirty(m);
5184                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5185                 }
5186                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5187         }
5188         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5189                 pmap = PV_PMAP(pv);
5190                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5191                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5192                         md_gen = m->md.pv_gen;
5193                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5194                         rw_wunlock(lock);
5195                         PMAP_LOCK(pmap);
5196                         rw_wlock(lock);
5197                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5198                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5199                                 goto restart;
5200                         }
5201                 }
5202                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5203                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5204                 oldl3 = pmap_load(l3);
5205                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5206                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5207                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5208                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5209                 }
5210                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5211         }
5212         rw_wunlock(lock);
5213 }
5214
5215 void *
5216 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5217 {
5218         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5219         vm_offset_t va, offset;
5220         pd_entry_t *pde;
5221         pt_entry_t *l2;
5222         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5223
5224         if (!vm_initialized) {
5225                 /*
5226                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5227                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5228                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5229                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5230                  */
5231                  if (size == 0)
5232                          return (NULL);
5233
5234                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5235                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5236                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5237
5238                 offset = pa & L2_OFFSET;
5239
5240                 if (preinit_map_va == 0)
5241                         return (NULL);
5242
5243                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5244
5245                 free_l2_count = 0;
5246                 start_idx = -1;
5247                 /* Find enough free contiguous VA space */
5248                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5249                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5250                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5251                                 /* Not enough space here */
5252                                 free_l2_count = 0;
5253                                 start_idx = -1;
5254                                 continue;
5255                         }
5256
5257                         if (ppim->pa == 0) {
5258                                 /* Free L2 block */
5259                                 if (start_idx == -1)
5260                                         start_idx = i;
5261                                 free_l2_count++;
5262                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5263                                         break;
5264                         }
5265                 }
5266                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5267                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5268
5269                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5270                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5271                         /* Mark entries as allocated */
5272                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5273                         ppim->pa = pa;
5274                         ppim->va = va + offset;
5275                         ppim->size = size;
5276                 }
5277
5278                 /* Map L2 blocks */
5279                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5280                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5281                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5282                         KASSERT(pde != NULL,
5283                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5284                             va));
5285                         KASSERT(lvl == 1,
5286                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5287
5288                         /* Insert L2_BLOCK */
5289                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5290                         pmap_load_store(l2,
5291                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5292                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5293
5294                         va += L2_SIZE;
5295                         pa += L2_SIZE;
5296                 }
5297                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5298
5299                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5300
5301         } else {
5302                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5303                 offset = pa & PAGE_MASK;
5304                 size = round_page(offset + size);
5305
5306                 va = kva_alloc(size);
5307                 if (va == 0)
5308                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5309
5310                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5311                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5312
5313                 /* L3 table is linked */
5314                 va = trunc_page(va);
5315                 pa = trunc_page(pa);
5316                 pmap_kenter(va, size, pa, VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5317         }
5318
5319         return ((void *)(va + offset));
5320 }
5321
5322 void
5323 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5324 {
5325         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5326         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5327         pd_entry_t *pde;
5328         pt_entry_t *l2;
5329         int i, lvl, l2_blocks, block;
5330         bool preinit_map;
5331
5332         l2_blocks =
5333            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5334         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5335
5336         /* Remove preinit mapping */
5337         preinit_map = false;
5338         block = 0;
5339         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5340                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5341                 if (ppim->va == va) {
5342                         KASSERT(ppim->size == size,
5343                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5344                         ppim->va = 0;
5345                         ppim->pa = 0;
5346                         ppim->size = 0;
5347                         preinit_map = true;
5348                         offset = block * L2_SIZE;
5349                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5350
5351                         /* Remove L2_BLOCK */
5352                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5353                         KASSERT(pde != NULL,
5354                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5355                             va_trunc));
5356                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5357                         pmap_clear(l2);
5358
5359                         if (block == (l2_blocks - 1))
5360                                 break;
5361                         block++;
5362                 }
5363         }
5364         if (preinit_map) {
5365                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5366                 return;
5367         }
5368
5369         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5370         if (vm_initialized) {
5371                 offset = va & PAGE_MASK;
5372                 size = round_page(offset + size);
5373                 va = trunc_page(va);
5374
5375                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5376                 KASSERT(pde != NULL,
5377                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5378                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5379
5380                 /* Unmap and invalidate the pages */
5381                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5382                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5383
5384                 kva_free(va, size);
5385         }
5386 }
5387
5388 /*
5389  * Sets the memory attribute for the specified page.
5390  */
5391 void
5392 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5393 {
5394
5395         m->md.pv_memattr = ma;
5396
5397         /*
5398          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5399          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5400          * required for data coherence.
5401          */
5402         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5403             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5404             m->md.pv_memattr) != 0)
5405                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5406 }
5407
5408 /*
5409  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5410  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5411  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5412  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5413  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5414  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5415  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5416  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5417  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5418  * same physical page have different memory types.
5419  *
5420  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5421  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5422  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5423  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5424  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5425  * virtual address range or the direct map.
5426  */
5427 int
5428 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5429 {
5430         int error;
5431
5432         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5433         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5434         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5435         return (error);
5436 }
5437
5438 static int
5439 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5440 {
5441         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5442         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5443         int lvl;
5444
5445         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5446         base = trunc_page(va);
5447         offset = va & PAGE_MASK;
5448         size = round_page(offset + size);
5449
5450         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
5451             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
5452                 return (EINVAL);
5453
5454         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5455                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5456                 if (pte == NULL)
5457                         return (EINVAL);
5458
5459                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
5460                         /*
5461                          * We already have the correct attribute,
5462                          * ignore this entry.
5463                          */
5464                         switch (lvl) {
5465                         default:
5466                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5467                         case 1:
5468                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5469                                 break;
5470                         case 2:
5471                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5472                                 break;
5473                         case 3:
5474                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5475                                 break;
5476                         }
5477                 } else {
5478                         /*
5479                          * Split the entry to an level 3 table, then
5480                          * set the new attribute.
5481                          */
5482                         switch (lvl) {
5483                         default:
5484                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5485                         case 1:
5486                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5487                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5488                                 if (newpte == NULL)
5489                                         return (EINVAL);
5490                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5491                         case 2:
5492                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5493                                     tmpva);
5494                                 if (newpte == NULL)
5495                                         return (EINVAL);
5496                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5497                         case 3:
5498                                 /* Update the entry */
5499                                 l3 = pmap_load(pte);
5500                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
5501                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
5502                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
5503                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
5504
5505                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5506                                     PAGE_SIZE);
5507
5508                                 /*
5509                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5510                                  * the cache.
5511                                  */
5512                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5513                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5514
5515                                 break;
5516                         }
5517                         tmpva += PAGE_SIZE;
5518                 }
5519         }
5520
5521         return (0);
5522 }
5523
5524 /*
5525  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5526  */
5527 static pt_entry_t *
5528 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5529 {
5530         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5531         vm_offset_t tmpl1;
5532         vm_paddr_t l2phys, phys;
5533         vm_page_t ml2;
5534         int i;
5535
5536         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5537         oldl1 = pmap_load(l1);
5538         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5539             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5540         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5541             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5542         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5543             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5544
5545         tmpl1 = 0;
5546         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5547                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5548                 if (tmpl1 == 0)
5549                         return (NULL);
5550         }
5551
5552         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5553             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5554                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5555                     " in pmap %p", va, pmap);
5556                 return (NULL);
5557         }
5558
5559         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5560         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5561
5562         /* Address the range points at */
5563         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5564         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5565         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5566
5567         /* Create the new entries */
5568         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5569                 l2[i] = newl2 | phys;
5570                 phys += L2_SIZE;
5571         }
5572         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5573             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5574             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5575
5576         if (tmpl1 != 0) {
5577                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5578                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
5579                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5580                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5581         }
5582
5583         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5584
5585         if (tmpl1 != 0) {
5586                 pmap_kremove(tmpl1);
5587                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5588         }
5589
5590         return (l2);
5591 }
5592
5593 static void
5594 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5595 {
5596         pt_entry_t *l3;
5597
5598         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5599                 *l3 = newl3;
5600                 newl3 += L3_SIZE;
5601         }
5602 }
5603
5604 static void
5605 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
5606     struct rwlock **lockp)
5607 {
5608         struct spglist free;
5609
5610         SLIST_INIT(&free);
5611         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
5612             lockp);
5613         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5614 }
5615
5616 /*
5617  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
5618  */
5619 static pt_entry_t *
5620 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
5621     struct rwlock **lockp)
5622 {
5623         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
5624         vm_offset_t tmpl2;
5625         vm_paddr_t l3phys;
5626         vm_page_t ml3;
5627
5628         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5629         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5630         l3 = NULL;
5631         oldl2 = pmap_load(l2);
5632         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
5633             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
5634         va &= ~L2_OFFSET;
5635
5636         tmpl2 = 0;
5637         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
5638                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5639                 if (tmpl2 == 0)
5640                         return (NULL);
5641         }
5642
5643         /*
5644          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5645          * mapping was never accessed.
5646          */
5647         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
5648                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5649                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
5650                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5651                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
5652                     va, pmap);
5653                 goto fail;
5654         }
5655
5656         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
5657                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5658                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
5659                     " is missing"));
5660
5661                 /*
5662                  * If the page table page is missing and the mapping
5663                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5664                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5665                  * for every other part of the kernel address space,
5666                  * so the direct map region is the only part of the
5667                  * kernel address space that must be handled here.
5668                  */
5669                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
5670                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
5671
5672                 /*
5673                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5674                  * region of the kernel's address space, then the page
5675                  * allocation request specifies the highest possible
5676                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5677                  * priority is normal.
5678                  */
5679                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
5680                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5681                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5682
5683                 /*
5684                  * If the allocation of the new page table page fails,
5685                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5686                  */
5687                 if (ml3 == NULL) {
5688                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5689                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
5690                             " in pmap %p", va, pmap);
5691                         goto fail;
5692                 }
5693
5694                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5695                         ml3->ref_count = NL3PG;
5696                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5697                 }
5698         }
5699         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
5700         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
5701         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
5702         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
5703             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
5704             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
5705
5706         /*
5707          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5708          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
5709          *
5710          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
5711          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
5712          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
5713          */
5714         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
5715                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
5716
5717         /*
5718          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
5719          */
5720         if (tmpl2 != 0) {
5721                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
5722                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
5723                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5724                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
5725         }
5726
5727         /*
5728          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5729          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5730          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
5731          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5732          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
5733          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5734          */
5735         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5736                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
5737
5738         /*
5739          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
5740          * the 2MB page mapping.
5741          */
5742         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5743
5744         /*
5745          * Demote the PV entry.
5746          */
5747         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5748                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
5749
5750         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
5751         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
5752             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
5753
5754 fail:
5755         if (tmpl2 != 0) {
5756                 pmap_kremove(tmpl2);
5757                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
5758         }
5759
5760         return (l3);
5761
5762 }
5763
5764 static pt_entry_t *
5765 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
5766 {
5767         struct rwlock *lock;
5768         pt_entry_t *l3;
5769
5770         lock = NULL;
5771         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
5772         if (lock != NULL)
5773                 rw_wunlock(lock);
5774         return (l3);
5775 }
5776
5777 /*
5778  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5779  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5780  * find other mappings.
5781  */
5782 int
5783 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5784 {
5785         pt_entry_t *pte, tpte;
5786         vm_paddr_t mask, pa;
5787         int lvl, val;
5788         bool managed;
5789
5790         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5791         PMAP_LOCK(pmap);
5792         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5793         if (pte != NULL) {
5794                 tpte = pmap_load(pte);
5795
5796                 switch (lvl) {
5797                 case 3:
5798                         mask = L3_OFFSET;
5799                         break;
5800                 case 2:
5801                         mask = L2_OFFSET;
5802                         break;
5803                 case 1:
5804                         mask = L1_OFFSET;
5805                         break;
5806                 default:
5807                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
5808                 }
5809
5810                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
5811                 val = MINCORE_INCORE;
5812                 if (lvl != 3)
5813                         val |= MINCORE_SUPER;
5814                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
5815                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
5816                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5817                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
5818                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5819
5820                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
5821         } else {
5822                 managed = false;
5823                 val = 0;
5824         }
5825
5826         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5827             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
5828                 *pap = pa;
5829         }
5830         PMAP_UNLOCK(pmap);
5831         return (val);
5832 }
5833
5834 /*
5835  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
5836  * reserved.
5837  */
5838 static void
5839 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
5840 {
5841         pmap_t curpmap;
5842         int asid, cpuid, epoch;
5843         struct asid_set *set;
5844
5845         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5846
5847         set = pmap->pm_asid_set;
5848         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
5849         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
5850
5851         /*
5852          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
5853          * loads from pc_curpmap are performed.
5854          */
5855         epoch = set->asid_epoch + 1;
5856         if (epoch == INT_MAX)
5857                 epoch = 0;
5858         set->asid_epoch = epoch;
5859         dsb(ishst);
5860         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
5861         dsb(ish);
5862         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
5863             set->asid_set_size - 1);
5864         CPU_FOREACH(cpuid) {
5865                 if (cpuid == curcpu)
5866                         continue;
5867                 curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
5868                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
5869                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
5870                 if (asid == -1)
5871                         continue;
5872                 bit_set(set->asid_set, asid);
5873                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
5874         }
5875 }
5876
5877 /*
5878  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
5879  */
5880 static void
5881 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
5882 {
5883         struct asid_set *set;
5884         int new_asid;
5885
5886         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5887         set = pmap->pm_asid_set;
5888         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
5889
5890         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
5891
5892         /*
5893          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
5894          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
5895          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
5896          * don't need to allocate a new ASID.
5897          */
5898         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
5899                 goto out;
5900
5901         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
5902             &new_asid);
5903         if (new_asid == -1) {
5904                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
5905                     set->asid_next, &new_asid);
5906                 if (new_asid == -1) {
5907                         pmap_reset_asid_set(pmap);
5908                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
5909                             set->asid_set_size, &new_asid);
5910                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
5911                 }
5912         }
5913         bit_set(set->asid_set, new_asid);
5914         set->asid_next = new_asid + 1;
5915         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
5916 out:
5917         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
5918 }
5919
5920 /*
5921  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
5922  * pmap.  This value may change from time to time.
5923  */
5924 uint64_t
5925 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
5926 {
5927
5928         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5929         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
5930             pmap->pm_l0_paddr);
5931 }
5932
5933 static bool
5934 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
5935 {
5936         struct asid_set *set;
5937         int epoch;
5938
5939         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5940         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
5941         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
5942         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
5943                 /*
5944                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
5945                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
5946                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
5947                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
5948                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
5949                  * instructions performed on the old processor have completed.
5950                  */
5951                 dsb(ish);
5952                 return (false);
5953         }
5954
5955         set = pmap->pm_asid_set;
5956         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
5957
5958         /*
5959          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
5960          * load from asid_epoch is performed.
5961          */
5962         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5963         dsb(ish);
5964         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
5965         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
5966                 pmap_alloc_asid(pmap);
5967
5968         set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
5969         if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
5970                 invalidate_local_icache();
5971         return (true);
5972 }
5973
5974 void
5975 pmap_activate(struct thread *td)
5976 {
5977         pmap_t  pmap;
5978
5979         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5980         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5981         critical_enter();
5982         (void)pmap_activate_int(pmap);
5983         critical_exit();
5984 }
5985
5986 /*
5987  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
5988  * to cpu_switch().
5989  */
5990 struct pcb *
5991 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
5992 {
5993         pcpu_bp_harden bp_harden;
5994         struct pcb *pcb;
5995
5996         /* Store the new curthread */
5997         PCPU_SET(curthread, new);
5998
5999         /* And the new pcb */
6000         pcb = new->td_pcb;
6001         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6002
6003         /*
6004          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6005          * to a user process.
6006          */
6007
6008         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6009                 /*
6010                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6011                  * other processes. This will call into a CPU specific
6012                  * function that clears the branch predictor state.
6013                  */
6014                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6015                 if (bp_harden != NULL)
6016                         bp_harden();
6017         }
6018
6019         return (pcb);
6020 }
6021
6022 void
6023 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6024 {
6025
6026         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6027         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6028                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6029         } else {
6030                 u_int len, offset;
6031                 vm_paddr_t pa;
6032
6033                 /* Find the length of data in this page to flush */
6034                 offset = va & PAGE_MASK;
6035                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6036
6037                 while (sz != 0) {
6038                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6039                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6040                         if (pa != 0)
6041                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6042
6043                         /* Move to the next page */
6044                         sz -= len;
6045                         va += len;
6046                         /* Set the length for the next iteration */
6047                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6048                 }
6049         }
6050 }
6051
6052 int
6053 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6054 {
6055         pt_entry_t pte, *ptep;
6056         register_t intr;
6057         uint64_t ec, par;
6058         int lvl, rv;
6059
6060         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6061         rv = KERN_FAILURE;
6062
6063         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6064         switch (ec) {
6065         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6066         case EXCP_INSN_ABORT:
6067         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6068         case EXCP_DATA_ABORT:
6069                 break;
6070         default:
6071                 return (rv);
6072         }
6073
6074         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6075         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6076         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6077         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6078         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6079                 PMAP_LOCK(pmap);
6080                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6081                 if (ptep != NULL) {
6082                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6083                         rv = KERN_SUCCESS;
6084                         /*
6085                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6086                          * dirty if this is a write fault.
6087                          */
6088                 }
6089                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6090                 break;
6091         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6092         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6093         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6094                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6095                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6096                         return (rv);
6097                 PMAP_LOCK(pmap);
6098                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6099                 if (ptep != NULL &&
6100                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6101                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6102                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6103                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6104                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6105                         }
6106                         rv = KERN_SUCCESS;
6107                 }
6108                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6109                 break;
6110         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6111         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6112         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6113         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6114                 /*
6115                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6116                  * produce a transient fault.
6117                  */
6118                 if (pmap == kernel_pmap) {
6119                         /*
6120                          * The translation fault may have occurred within a
6121                          * critical section.  Therefore, we must check the
6122                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6123                          */
6124                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6125                                 rv = KERN_SUCCESS;
6126                 } else {
6127                         PMAP_LOCK(pmap);
6128                         /* Ask the MMU to check the address. */
6129                         intr = intr_disable();
6130                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6131                         intr_restore(intr);
6132                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6133
6134                         /*
6135                          * If the translation was successful, then we can
6136                          * return success to the trap handler.
6137                          */
6138                         if (PAR_SUCCESS(par))
6139                                 rv = KERN_SUCCESS;
6140                 }
6141                 break;
6142         }
6143
6144         return (rv);
6145 }
6146
6147 /*
6148  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6149  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6150  */
6151 void
6152 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6153     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6154 {
6155         vm_offset_t superpage_offset;
6156
6157         if (size < L2_SIZE)
6158                 return;
6159         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6160                 offset += ptoa(object->pg_color);
6161         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6162         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6163             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6164                 return;
6165         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6166                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6167         else
6168                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6169 }
6170
6171 /**
6172  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6173  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6174  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6175  *
6176  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6177  *                    address on the kernel memory map.
6178  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6179  *                    of the pages passed in the page parameter.
6180  * \param count       Number of pages passed in.
6181  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6182  *                    page faults, FALSE otherwise.
6183  *
6184  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6185  *          finished or FALSE otherwise.
6186  *
6187  */
6188 boolean_t
6189 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6190     boolean_t can_fault)
6191 {
6192         vm_paddr_t paddr;
6193         boolean_t needs_mapping;
6194         int error, i;
6195
6196         /*
6197          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6198          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6199          */
6200         needs_mapping = FALSE;
6201         for (i = 0; i < count; i++) {
6202                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6203                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6204                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6205                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6206                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6207                         needs_mapping = TRUE;
6208                 } else {
6209                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6210                 }
6211         }
6212
6213         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6214         if (!needs_mapping)
6215                 return (FALSE);
6216
6217         if (!can_fault)
6218                 sched_pin();
6219         for (i = 0; i < count; i++) {
6220                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6221                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6222                         panic(
6223                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6224                 }
6225         }
6226
6227         return (needs_mapping);
6228 }
6229
6230 void
6231 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6232     boolean_t can_fault)
6233 {
6234         vm_paddr_t paddr;
6235         int i;
6236
6237         if (!can_fault)
6238                 sched_unpin();
6239         for (i = 0; i < count; i++) {
6240                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6241                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6242                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6243                 }
6244         }
6245 }
6246
6247 boolean_t
6248 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6249 {
6250
6251         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6252 }
6253
6254 /*
6255  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6256  * in various mapping attributes.
6257  */
6258 struct pmap_kernel_map_range {
6259         vm_offset_t sva;
6260         pt_entry_t attrs;
6261         int l3pages;
6262         int l3contig;
6263         int l2blocks;
6264         int l1blocks;
6265 };
6266
6267 static void
6268 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6269     vm_offset_t eva)
6270 {
6271         const char *mode;
6272         int index;
6273
6274         if (eva <= range->sva)
6275                 return;
6276
6277         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6278         switch (index) {
6279         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6280                 mode = "DEV";
6281                 break;
6282         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6283                 mode = "UC";
6284                 break;
6285         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6286                 mode = "WB";
6287                 break;
6288         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6289                 mode = "WT";
6290                 break;
6291         default:
6292                 printf(
6293                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6294                     __func__, index, range->sva, eva);
6295                 mode = "??";
6296                 break;
6297         }
6298
6299         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6300             range->sva, eva,
6301             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
6302             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6303             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6304             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6305             range->l3pages);
6306
6307         /* Reset to sentinel value. */
6308         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6309 }
6310
6311 /*
6312  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6313  * being tracked by the current range.
6314  */
6315 static bool
6316 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6317 {
6318
6319         return (range->attrs == attrs);
6320 }
6321
6322 static void
6323 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6324     pt_entry_t attrs)
6325 {
6326
6327         memset(range, 0, sizeof(*range));
6328         range->sva = va;
6329         range->attrs = attrs;
6330 }
6331
6332 /*
6333  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6334  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6335  * begin a new run.
6336  */
6337 static void
6338 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6339     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
6340     pt_entry_t l3e)
6341 {
6342         pt_entry_t attrs;
6343
6344         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6345         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6346         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
6347                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6348         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6349         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
6350                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6351         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
6352
6353         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6354                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6355                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6356         }
6357 }
6358
6359 static int
6360 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6361 {
6362         struct pmap_kernel_map_range range;
6363         struct sbuf sbuf, *sb;
6364         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
6365         pt_entry_t *l3, l3e;
6366         vm_offset_t sva;
6367         vm_paddr_t pa;
6368         int error, i, j, k, l;
6369
6370         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6371         if (error != 0)
6372                 return (error);
6373         sb = &sbuf;
6374         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6375
6376         /* Sentinel value. */
6377         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
6378
6379         /*
6380          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
6381          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
6382          * observe inconsistencies in the output.
6383          */
6384         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
6385             i++) {
6386                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
6387                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
6388                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
6389                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
6390
6391                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
6392                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6393                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6394                         sva += L0_SIZE;
6395                         continue;
6396                 }
6397                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
6398                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6399
6400                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
6401                         l1e = l1[j];
6402                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6403                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6404                                 sva += L1_SIZE;
6405                                 continue;
6406                         }
6407                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6408                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
6409                                     0, 0);
6410                                 range.l1blocks++;
6411                                 sva += L1_SIZE;
6412                                 continue;
6413                         }
6414                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
6415                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6416
6417                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
6418                                 l2e = l2[k];
6419                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6420                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6421                                         sva += L2_SIZE;
6422                                         continue;
6423                                 }
6424                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6425                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6426                                             l0e, l1e, l2e, 0);
6427                                         range.l2blocks++;
6428                                         sva += L2_SIZE;
6429                                         continue;
6430                                 }
6431                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
6432                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6433
6434                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
6435                                     l++, sva += L3_SIZE) {
6436                                         l3e = l3[l];
6437                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6438                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
6439                                                     sva);
6440                                                 continue;
6441                                         }
6442                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6443                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
6444                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
6445                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
6446                                                     1 : 0;
6447                                         else
6448                                                 range.l3pages++;
6449                                 }
6450                         }
6451                 }
6452         }
6453
6454         error = sbuf_finish(sb);
6455         sbuf_delete(sb);
6456         return (error);
6457 }
6458 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
6459     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
6460     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
6461     "Dump kernel address layout");