]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
Support stage 2 arm64 pmap in more places
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/uma.h>
147
148 #include <machine/machdep.h>
149 #include <machine/md_var.h>
150 #include <machine/pcb.h>
151
152 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
154
155 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
156 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
159
160 #define NUL0E           L0_ENTRIES
161 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
162 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
182
183 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
184
185 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
186                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
187
188 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
189         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
190         struct rwlock *_new_lock;                       \
191                                                         \
192         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
193         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
194                 if (*_lockp != NULL)                    \
195                         rw_wunlock(*_lockp);            \
196                 *_lockp = _new_lock;                    \
197                 rw_wlock(*_lockp);                      \
198         }                                               \
199 } while (0)
200
201 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
202                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
203
204 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
205         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
206                                                         \
207         if (*_lockp != NULL) {                          \
208                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
209                 *_lockp = NULL;                         \
210         }                                               \
211 } while (0)
212
213 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
214                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
215
216 /*
217  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
218  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
219  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
220  *
221  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
222  * as a software managed bit.
223  */
224 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
225
226 struct pmap kernel_pmap_store;
227
228 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
229 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
230 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
231 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
232 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
233
234 /*
235  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
236  * Always map entire L2 block for simplicity.
237  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
238  */
239 static struct pmap_preinit_mapping {
240         vm_paddr_t      pa;
241         vm_offset_t     va;
242         vm_size_t       size;
243 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
244
245 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
246 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
247 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
248
249 /*
250  * Data for the pv entry allocation mechanism.
251  */
252 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
253 static struct mtx pv_chunks_mutex;
254 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
255 static struct md_page *pv_table;
256 static struct md_page pv_dummy;
257
258 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
259 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
260 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
261
262 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
263 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
264 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
265
266 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
267 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
268
269 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
270 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
271 static u_int physmap_idx;
272
273 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
274     "VM/pmap parameters");
275
276 /*
277  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
278  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
279  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
280  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
281  * ASIDs that are not currently active on a processor.
282  *
283  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
284  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
285  * below.
286  */
287 struct asid_set {
288         int asid_bits;
289         bitstr_t *asid_set;
290         int asid_set_size;
291         int asid_next;
292         int asid_epoch;
293         struct mtx asid_set_mutex;
294 };
295
296 static struct asid_set asids;
297 static struct asid_set vmids;
298
299 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
300     "ASID allocator");
301 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
302     "The number of bits in an ASID");
303 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
304     "The last allocated ASID plus one");
305 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
306     "The current epoch number");
307
308 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
309 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
310     "The number of bits in an VMID");
311 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
312     "The last allocated VMID plus one");
313 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
314     "The current epoch number");
315
316 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
317 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
318
319 /*
320  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
321  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
322  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
323  *
324  * An invalid ASID is represented by -1.
325  *
326  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
327  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
328  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
329  * allocated when the pmap is next activated.
330  */
331 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
332                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
333 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
334 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
335
336 static int superpages_enabled = 1;
337 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
338     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
339     "Are large page mappings enabled?");
340
341 /*
342  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
343  */
344 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
345 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
346
347 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
348 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
349 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
350 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
351 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
352 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
353                     vm_offset_t va);
354
355 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
356 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
357 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
358 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
359 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
360 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
361     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
362 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
363 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
364     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
365 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
366     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
367 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
368     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
369 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
370     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
371 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
372 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
373     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
374
375 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
376                 struct rwlock **lockp);
377
378 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
379     struct spglist *free);
380 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
381 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
382
383 /*
384  * These load the old table data and store the new value.
385  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
386  * the same time as the CPU.
387  */
388 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
389 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
390 #define pmap_load(table)                (*table)
391 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
392 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
393 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
394 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
395
396 /********************/
397 /* Inline functions */
398 /********************/
399
400 static __inline void
401 pagecopy(void *s, void *d)
402 {
403
404         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
405 }
406
407 static __inline pd_entry_t *
408 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
409 {
410
411         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
412 }
413
414 static __inline pd_entry_t *
415 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
416 {
417         pd_entry_t *l1;
418
419         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
420         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
421 }
422
423 static __inline pd_entry_t *
424 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
425 {
426         pd_entry_t *l0;
427
428         l0 = pmap_l0(pmap, va);
429         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
430                 return (NULL);
431
432         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
433 }
434
435 static __inline pd_entry_t *
436 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
437 {
438         pd_entry_t *l2;
439
440         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
441         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
442 }
443
444 static __inline pd_entry_t *
445 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
446 {
447         pd_entry_t *l1;
448
449         l1 = pmap_l1(pmap, va);
450         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
451                 return (NULL);
452
453         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
454 }
455
456 static __inline pt_entry_t *
457 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
458 {
459         pt_entry_t *l3;
460
461         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
462         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
463 }
464
465 /*
466  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
467  * The next level may or may not point to a valid page or block.
468  */
469 static __inline pd_entry_t *
470 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
471 {
472         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
473
474         l0 = pmap_l0(pmap, va);
475         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
476         if (desc != L0_TABLE) {
477                 *level = -1;
478                 return (NULL);
479         }
480
481         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
482         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
483         if (desc != L1_TABLE) {
484                 *level = 0;
485                 return (l0);
486         }
487
488         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
489         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
490         if (desc != L2_TABLE) {
491                 *level = 1;
492                 return (l1);
493         }
494
495         *level = 2;
496         return (l2);
497 }
498
499 /*
500  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
501  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
502  * the first invalid level.
503  */
504 static __inline pt_entry_t *
505 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
506 {
507         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
508         pt_entry_t *l3;
509
510         l1 = pmap_l1(pmap, va);
511         if (l1 == NULL) {
512                 *level = 0;
513                 return (NULL);
514         }
515         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
516         if (desc == L1_BLOCK) {
517                 *level = 1;
518                 return (l1);
519         }
520
521         if (desc != L1_TABLE) {
522                 *level = 1;
523                 return (NULL);
524         }
525
526         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
527         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
528         if (desc == L2_BLOCK) {
529                 *level = 2;
530                 return (l2);
531         }
532
533         if (desc != L2_TABLE) {
534                 *level = 2;
535                 return (NULL);
536         }
537
538         *level = 3;
539         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
540         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
541                 return (NULL);
542
543         return (l3);
544 }
545
546 bool
547 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
548 {
549
550         return (superpages_enabled != 0);
551 }
552
553 bool
554 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
555     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
556 {
557         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
558
559         if (pmap->pm_l0 == NULL)
560                 return (false);
561
562         l0p = pmap_l0(pmap, va);
563         *l0 = l0p;
564
565         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
566                 return (false);
567
568         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
569         *l1 = l1p;
570
571         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
572                 *l2 = NULL;
573                 *l3 = NULL;
574                 return (true);
575         }
576
577         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
578                 return (false);
579
580         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
581         *l2 = l2p;
582
583         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
584                 *l3 = NULL;
585                 return (true);
586         }
587
588         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
589                 return (false);
590
591         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
592
593         return (true);
594 }
595
596 static __inline int
597 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
598 {
599
600         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
601 }
602
603
604 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
605
606 static pt_entry_t
607 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
608 {
609         pt_entry_t val;
610
611         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
612                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
613                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
614                         val |= ATTR_S1_XN;
615                 return (val);
616         }
617
618         val = 0;
619
620         switch (memattr) {
621         case VM_MEMATTR_DEVICE:
622                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
623                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
624         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
625                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
626         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
627                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
628         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
629                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
630         default:
631                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
632         }
633 }
634
635 static pt_entry_t
636 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
637 {
638         pt_entry_t val;
639
640         val = 0;
641         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
642                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
643                         val |= ATTR_S1_XN;
644                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
645                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
646         } else {
647                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
648                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
649                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
650                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
651                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
652                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
653         }
654
655         return (val);
656 }
657
658 /*
659  * Checks if the PTE is dirty.
660  */
661 static inline int
662 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
663 {
664
665         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
666
667         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
668                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
669                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
670
671                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
672                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
673         }
674
675         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
676             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
677 }
678
679 static __inline void
680 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
681 {
682
683         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
684         pmap->pm_stats.resident_count += count;
685 }
686
687 static __inline void
688 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
689 {
690
691         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
692         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
693             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
694             pmap->pm_stats.resident_count, count));
695         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
696 }
697
698 static pt_entry_t *
699 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
700     u_int *l2_slot)
701 {
702         pt_entry_t *l2;
703         pd_entry_t *l1;
704
705         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
706         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
707
708         /* Check locore has used a table L1 map */
709         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
710            ("Invalid bootstrap L1 table"));
711         /* Find the address of the L2 table */
712         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
713         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
714
715         return (l2);
716 }
717
718 static vm_paddr_t
719 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
720 {
721         u_int l1_slot, l2_slot;
722         pt_entry_t *l2;
723
724         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
725
726         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
727 }
728
729 static vm_offset_t
730 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
731     vm_offset_t freemempos)
732 {
733         pt_entry_t *l2;
734         vm_offset_t va;
735         vm_paddr_t l2_pa, pa;
736         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
737         int i;
738
739         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
740         dmap_phys_max = 0;
741         dmap_max_addr = 0;
742         l2 = NULL;
743         prev_l1_slot = -1;
744
745 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
746         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
747
748         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
749                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
750                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
751
752                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
753                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
754                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
755                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
756                                 prev_l1_slot = l1_slot;
757                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
758                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
759                                     (vm_offset_t)l2);
760                                 freemempos += PAGE_SIZE;
761
762                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
763                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
764
765                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
766                         }
767                         KASSERT(l2 != NULL,
768                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
769                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
770                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
771                                 /*
772                                  * We are on a boundary, stop to
773                                  * create a level 1 block
774                                  */
775                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
776                                         break;
777
778                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
779                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
780                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
781                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
782                                     ATTR_S1_XN |
783                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
784                                     L2_BLOCK);
785                         }
786                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
787                             ("..."));
788                 }
789
790                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
791                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
792                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
793                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
794                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
795                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
796                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
797                 }
798
799                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
800                 if (pa < physmap[i + 1]) {
801                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
802                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
803                                 prev_l1_slot = l1_slot;
804                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
805                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
806                                     (vm_offset_t)l2);
807                                 freemempos += PAGE_SIZE;
808
809                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
810                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
811
812                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
813                         }
814                         KASSERT(l2 != NULL,
815                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
816                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
817                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
818                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
819                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
820                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
821                                     ATTR_S1_XN |
822                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
823                                     L2_BLOCK);
824                         }
825                 }
826
827                 if (pa > dmap_phys_max) {
828                         dmap_phys_max = pa;
829                         dmap_max_addr = va;
830                 }
831         }
832
833         cpu_tlb_flushID();
834
835         return (freemempos);
836 }
837
838 static vm_offset_t
839 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
840 {
841         vm_offset_t l2pt;
842         vm_paddr_t pa;
843         pd_entry_t *l1;
844         u_int l1_slot;
845
846         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
847
848         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
849         l1_slot = pmap_l1_index(va);
850         l2pt = l2_start;
851
852         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
853                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
854
855                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
856                 pmap_store(&l1[l1_slot],
857                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
858                 l2pt += PAGE_SIZE;
859         }
860
861         /* Clean the L2 page table */
862         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
863
864         return l2pt;
865 }
866
867 static vm_offset_t
868 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
869 {
870         vm_offset_t l3pt;
871         vm_paddr_t pa;
872         pd_entry_t *l2;
873         u_int l2_slot;
874
875         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
876
877         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
878         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
879         l2_slot = pmap_l2_index(va);
880         l3pt = l3_start;
881
882         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
883                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
884
885                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
886                 pmap_store(&l2[l2_slot],
887                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
888                 l3pt += PAGE_SIZE;
889         }
890
891         /* Clean the L2 page table */
892         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
893
894         return l3pt;
895 }
896
897 /*
898  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
899  */
900 void
901 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
902     vm_size_t kernlen)
903 {
904         vm_offset_t freemempos;
905         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
906         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
907         uint64_t kern_delta;
908         int i;
909
910         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
911         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
912             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
913
914         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
915
916         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
917         printf("%lx\n", l1pt);
918         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
919
920         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
921         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
922         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
923         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
924         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
925         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
926         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
927
928         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
929         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
930
931         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
932         physmap_idx /= 2;
933
934         /*
935          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
936          * but may contain empty ranges.
937          */
938         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
939                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
940                         continue;
941                 if (physmap[i] <= min_pa)
942                         min_pa = physmap[i];
943         }
944
945         freemempos = KERNBASE + kernlen;
946         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
947
948         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
949         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
950
951         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
952
953         /*
954          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
955          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
956          * the kernel, preloaded files and module metadata.
957          */
958         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
959         /* And the l3 tables for the early devmap */
960         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
961             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
962
963         cpu_tlb_flushID();
964
965 #define alloc_pages(var, np)                                            \
966         (var) = freemempos;                                             \
967         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
968         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
969
970         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
971         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
972         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
973
974         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
975         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
976         msgbufp = (void *)msgbufpv;
977
978         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
979         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
980
981         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
982         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
983         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
984         kernel_vm_end = virtual_avail;
985
986         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
987
988         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
989
990         cpu_tlb_flushID();
991 }
992
993 /*
994  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
995  */
996 void
997 pmap_page_init(vm_page_t m)
998 {
999
1000         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1001         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1002 }
1003
1004 static void
1005 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1006 {
1007         int i;
1008
1009         set->asid_bits = bits;
1010
1011         /*
1012          * We may be too early in the overall initialization process to use
1013          * bit_alloc().
1014          */
1015         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1016         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1017             M_WAITOK | M_ZERO);
1018         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1019                 bit_set(set->asid_set, i);
1020         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1021         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1022 }
1023
1024 /*
1025  *      Initialize the pmap module.
1026  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1027  *      system needs to map virtual memory.
1028  */
1029 void
1030 pmap_init(void)
1031 {
1032         vm_size_t s;
1033         uint64_t mmfr1;
1034         int i, pv_npg, vmid_bits;
1035
1036         /*
1037          * Are large page mappings enabled?
1038          */
1039         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1040         if (superpages_enabled) {
1041                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1042                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1043                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1044         }
1045
1046         /*
1047          * Initialize the ASID allocator.
1048          */
1049         pmap_init_asids(&asids,
1050             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1051
1052         if (has_hyp()) {
1053                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1054                 vmid_bits = 8;
1055
1056                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1057                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1058                         vmid_bits = 16;
1059                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1060         }
1061
1062         /*
1063          * Initialize the pv chunk list mutex.
1064          */
1065         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1066
1067         /*
1068          * Initialize the pool of pv list locks.
1069          */
1070         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1071                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1072
1073         /*
1074          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1075          */
1076         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
1077
1078         /*
1079          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1080          */
1081         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1082         s = round_page(s);
1083         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1084         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1085                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1086         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1087
1088         vm_initialized = 1;
1089 }
1090
1091 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1092     "2MB page mapping counters");
1093
1094 static u_long pmap_l2_demotions;
1095 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1096     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1097
1098 static u_long pmap_l2_mappings;
1099 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1100     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1101
1102 static u_long pmap_l2_p_failures;
1103 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1104     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1105
1106 static u_long pmap_l2_promotions;
1107 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1108     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1109
1110 /*
1111  * Invalidate a single TLB entry.
1112  */
1113 static __inline void
1114 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1115 {
1116         uint64_t r;
1117
1118         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1119
1120         dsb(ishst);
1121         if (pmap == kernel_pmap) {
1122                 r = atop(va);
1123                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1124         } else {
1125                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1126                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1127         }
1128         dsb(ish);
1129         isb();
1130 }
1131
1132 static __inline void
1133 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1134 {
1135         uint64_t end, r, start;
1136
1137         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1138
1139         dsb(ishst);
1140         if (pmap == kernel_pmap) {
1141                 start = atop(sva);
1142                 end = atop(eva);
1143                 for (r = start; r < end; r++)
1144                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1145         } else {
1146                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1147                 start |= atop(sva);
1148                 end |= atop(eva);
1149                 for (r = start; r < end; r++)
1150                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1151         }
1152         dsb(ish);
1153         isb();
1154 }
1155
1156 static __inline void
1157 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1158 {
1159         uint64_t r;
1160
1161         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1162
1163         dsb(ishst);
1164         if (pmap == kernel_pmap) {
1165                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1166         } else {
1167                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1168                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1169         }
1170         dsb(ish);
1171         isb();
1172 }
1173
1174 /*
1175  *      Routine:        pmap_extract
1176  *      Function:
1177  *              Extract the physical page address associated
1178  *              with the given map/virtual_address pair.
1179  */
1180 vm_paddr_t
1181 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1182 {
1183         pt_entry_t *pte, tpte;
1184         vm_paddr_t pa;
1185         int lvl;
1186
1187         pa = 0;
1188         PMAP_LOCK(pmap);
1189         /*
1190          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1191          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1192          */
1193         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1194         if (pte != NULL) {
1195                 tpte = pmap_load(pte);
1196                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1197                 switch(lvl) {
1198                 case 1:
1199                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1200                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1201                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1202                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1203                         break;
1204                 case 2:
1205                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1206                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1207                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1208                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1209                         break;
1210                 case 3:
1211                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1212                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1213                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1214                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1215                         break;
1216                 }
1217         }
1218         PMAP_UNLOCK(pmap);
1219         return (pa);
1220 }
1221
1222 /*
1223  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1224  *      Function:
1225  *              Atomically extract and hold the physical page
1226  *              with the given pmap and virtual address pair
1227  *              if that mapping permits the given protection.
1228  */
1229 vm_page_t
1230 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1231 {
1232         pt_entry_t *pte, tpte;
1233         vm_offset_t off;
1234         vm_page_t m;
1235         int lvl;
1236         bool use;
1237
1238         m = NULL;
1239         PMAP_LOCK(pmap);
1240         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1241         if (pte != NULL) {
1242                 tpte = pmap_load(pte);
1243
1244                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1245                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1246                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1247                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1248                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1249                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1250                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1251
1252                 use = false;
1253                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1254                         use = true;
1255                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1256                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1257                         use = true;
1258                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1259                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1260                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1261                         use = true;
1262
1263                 if (use) {
1264                         switch(lvl) {
1265                         case 1:
1266                                 off = va & L1_OFFSET;
1267                                 break;
1268                         case 2:
1269                                 off = va & L2_OFFSET;
1270                                 break;
1271                         case 3:
1272                         default:
1273                                 off = 0;
1274                         }
1275                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1276                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
1277                                 m = NULL;
1278                 }
1279         }
1280         PMAP_UNLOCK(pmap);
1281         return (m);
1282 }
1283
1284 vm_paddr_t
1285 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1286 {
1287         pt_entry_t *pte, tpte;
1288
1289         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1290                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1291         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1292         if (pte == NULL)
1293                 return (0);
1294
1295         /*
1296          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1297          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1298          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1299          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1300          */
1301         tpte = pmap_load(pte);
1302         if (tpte == 0)
1303                 return (0);
1304         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1305                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1306         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1307         tpte = pmap_load(pte);
1308         if (tpte == 0)
1309                 return (0);
1310         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1311                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1312         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1313         tpte = pmap_load(pte);
1314         if (tpte == 0)
1315                 return (0);
1316         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1317 }
1318
1319 /***************************************************
1320  * Low level mapping routines.....
1321  ***************************************************/
1322
1323 void
1324 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1325 {
1326         pd_entry_t *pde;
1327         pt_entry_t *pte, attr;
1328         vm_offset_t va;
1329         int lvl;
1330
1331         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1332            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1333         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1334            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1335         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1336             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1337
1338         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1339             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1340         va = sva;
1341         while (size != 0) {
1342                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1343                 KASSERT(pde != NULL,
1344                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1345                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1346
1347                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1348                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1349
1350                 va += PAGE_SIZE;
1351                 pa += PAGE_SIZE;
1352                 size -= PAGE_SIZE;
1353         }
1354         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1355 }
1356
1357 void
1358 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1359 {
1360
1361         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1362 }
1363
1364 /*
1365  * Remove a page from the kernel pagetables.
1366  */
1367 PMAP_INLINE void
1368 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1369 {
1370         pt_entry_t *pte;
1371         int lvl;
1372
1373         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1374         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1375         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1376
1377         pmap_clear(pte);
1378         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1379 }
1380
1381 void
1382 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1383 {
1384         pt_entry_t *pte;
1385         vm_offset_t va;
1386         int lvl;
1387
1388         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1389            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1390         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1391             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1392
1393         va = sva;
1394         while (size != 0) {
1395                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1396                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1397                 KASSERT(lvl == 3,
1398                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1399                 pmap_clear(pte);
1400
1401                 va += PAGE_SIZE;
1402                 size -= PAGE_SIZE;
1403         }
1404         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1405 }
1406
1407 /*
1408  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1409  *      virtual address space.
1410  *
1411  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1412  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1413  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1414  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1415  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1416  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1417  *      region.
1418  */
1419 vm_offset_t
1420 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1421 {
1422         return PHYS_TO_DMAP(start);
1423 }
1424
1425
1426 /*
1427  * Add a list of wired pages to the kva
1428  * this routine is only used for temporary
1429  * kernel mappings that do not need to have
1430  * page modification or references recorded.
1431  * Note that old mappings are simply written
1432  * over.  The page *must* be wired.
1433  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1434  */
1435 void
1436 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1437 {
1438         pd_entry_t *pde;
1439         pt_entry_t *pte, pa;
1440         vm_offset_t va;
1441         vm_page_t m;
1442         int i, lvl;
1443
1444         va = sva;
1445         for (i = 0; i < count; i++) {
1446                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1447                 KASSERT(pde != NULL,
1448                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1449                 KASSERT(lvl == 2,
1450                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1451
1452                 m = ma[i];
1453                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1454                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1455                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1456                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1457                 pmap_load_store(pte, pa);
1458
1459                 va += L3_SIZE;
1460         }
1461         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1462 }
1463
1464 /*
1465  * This routine tears out page mappings from the
1466  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1467  */
1468 void
1469 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1470 {
1471         pt_entry_t *pte;
1472         vm_offset_t va;
1473         int lvl;
1474
1475         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1476
1477         va = sva;
1478         while (count-- > 0) {
1479                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1480                 KASSERT(lvl == 3,
1481                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1482                 if (pte != NULL) {
1483                         pmap_clear(pte);
1484                 }
1485
1486                 va += PAGE_SIZE;
1487         }
1488         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1489 }
1490
1491 /***************************************************
1492  * Page table page management routines.....
1493  ***************************************************/
1494 /*
1495  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1496  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1497  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1498  */
1499 static __inline void
1500 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1501     boolean_t set_PG_ZERO)
1502 {
1503
1504         if (set_PG_ZERO)
1505                 m->flags |= PG_ZERO;
1506         else
1507                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1508         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1513  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1514  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1515  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1516  */
1517 static inline boolean_t
1518 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1519 {
1520
1521         --m->ref_count;
1522         if (m->ref_count == 0) {
1523                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1524                 return (TRUE);
1525         } else
1526                 return (FALSE);
1527 }
1528
1529 static void
1530 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1531 {
1532
1533         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1534         /*
1535          * unmap the page table page
1536          */
1537         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1538                 /* l1 page */
1539                 pd_entry_t *l0;
1540
1541                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1542                 pmap_clear(l0);
1543         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1544                 /* l2 page */
1545                 pd_entry_t *l1;
1546
1547                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1548                 pmap_clear(l1);
1549         } else {
1550                 /* l3 page */
1551                 pd_entry_t *l2;
1552
1553                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1554                 pmap_clear(l2);
1555         }
1556         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1557         if (m->pindex < NUL2E) {
1558                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1559                 pd_entry_t *l1, tl1;
1560                 vm_page_t l2pg;
1561
1562                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1563                 tl1 = pmap_load(l1);
1564                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1565                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1566         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1567                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1568                 pd_entry_t *l0, tl0;
1569                 vm_page_t l1pg;
1570
1571                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1572                 tl0 = pmap_load(l0);
1573                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1574                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1575         }
1576         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1577
1578         /*
1579          * Put page on a list so that it is released after
1580          * *ALL* TLB shootdown is done
1581          */
1582         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1583 }
1584
1585 /*
1586  * After removing a page table entry, this routine is used to
1587  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1588  */
1589 static int
1590 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1591     struct spglist *free)
1592 {
1593         vm_page_t mpte;
1594
1595         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1596                 return (0);
1597         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1598         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1599         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1600 }
1601
1602 /*
1603  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1604  * mapping.
1605  */
1606 static void
1607 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1608 {
1609         struct spglist free;
1610
1611         SLIST_INIT(&free);
1612         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1613                 /*
1614                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1615                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1616                  * table pages.  Invalidate those entries.
1617                  *
1618                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1619                  */
1620                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1621                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1622         }
1623 }
1624
1625 void
1626 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1627 {
1628
1629         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1630         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1631         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1632         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1633         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1634         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1635         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1636         pmap->pm_asid_set = &asids;
1637
1638         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1639 }
1640
1641 int
1642 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage)
1643 {
1644         vm_page_t l0pt;
1645
1646         /*
1647          * allocate the l0 page
1648          */
1649         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1650             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1651                 vm_wait(NULL);
1652
1653         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1654         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1655
1656         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1657                 pagezero(pmap->pm_l0);
1658
1659         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1660         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1661         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1662
1663         pmap->pm_stage = stage;
1664         switch (stage) {
1665         case PM_STAGE1:
1666                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1667                 break;
1668         case PM_STAGE2:
1669                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1670                 break;
1671         default:
1672                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1673                 break;
1674         }
1675
1676         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1677         pmap_alloc_asid(pmap);
1678
1679         return (1);
1680 }
1681
1682 int
1683 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1684 {
1685
1686         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1));
1687 }
1688
1689 /*
1690  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1691  *
1692  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1693  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1694  *
1695  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1696  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1697  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1698  * race conditions.
1699  */
1700 static vm_page_t
1701 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1702 {
1703         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1704
1705         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1706
1707         /*
1708          * Allocate a page table page.
1709          */
1710         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1711             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1712                 if (lockp != NULL) {
1713                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1714                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1715                         vm_wait(NULL);
1716                         PMAP_LOCK(pmap);
1717                 }
1718
1719                 /*
1720                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1721                  * page may have been allocated.
1722                  */
1723                 return (NULL);
1724         }
1725         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1726                 pmap_zero_page(m);
1727
1728         /*
1729          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1730          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1731          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1732          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1733          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1734          * PTE within "m".
1735          */
1736         dmb(ishst);
1737
1738         /*
1739          * Map the pagetable page into the process address space, if
1740          * it isn't already there.
1741          */
1742
1743         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1744                 pd_entry_t *l0;
1745                 vm_pindex_t l0index;
1746
1747                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1748                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1749                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1750         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1751                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1752                 pd_entry_t *l0, *l1;
1753                 pd_entry_t tl0;
1754
1755                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1756                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1757
1758                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1759                 tl0 = pmap_load(l0);
1760                 if (tl0 == 0) {
1761                         /* recurse for allocating page dir */
1762                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1763                             lockp) == NULL) {
1764                                 vm_page_unwire_noq(m);
1765                                 vm_page_free_zero(m);
1766                                 return (NULL);
1767                         }
1768                 } else {
1769                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1770                         l1pg->ref_count++;
1771                 }
1772
1773                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1774                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1775                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1776         } else {
1777                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1778                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1779                 pd_entry_t tl0, tl1;
1780
1781                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1782                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1783
1784                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1785                 tl0 = pmap_load(l0);
1786                 if (tl0 == 0) {
1787                         /* recurse for allocating page dir */
1788                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1789                             lockp) == NULL) {
1790                                 vm_page_unwire_noq(m);
1791                                 vm_page_free_zero(m);
1792                                 return (NULL);
1793                         }
1794                         tl0 = pmap_load(l0);
1795                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1796                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1797                 } else {
1798                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1799                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1800                         tl1 = pmap_load(l1);
1801                         if (tl1 == 0) {
1802                                 /* recurse for allocating page dir */
1803                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1804                                     lockp) == NULL) {
1805                                         vm_page_unwire_noq(m);
1806                                         vm_page_free_zero(m);
1807                                         return (NULL);
1808                                 }
1809                         } else {
1810                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1811                                 l2pg->ref_count++;
1812                         }
1813                 }
1814
1815                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1816                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1817                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1818         }
1819
1820         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1821
1822         return (m);
1823 }
1824
1825 static pd_entry_t *
1826 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1827     struct rwlock **lockp)
1828 {
1829         pd_entry_t *l1, *l2;
1830         vm_page_t l2pg;
1831         vm_pindex_t l2pindex;
1832
1833 retry:
1834         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1835         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1836                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1837                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1838                         /* Add a reference to the L2 page. */
1839                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1840                         l2pg->ref_count++;
1841                 } else
1842                         l2pg = NULL;
1843         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1844                 /* Allocate a L2 page. */
1845                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1846                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1847                 if (l2pg == NULL) {
1848                         if (lockp != NULL)
1849                                 goto retry;
1850                         else
1851                                 return (NULL);
1852                 }
1853                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1854                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1855         } else
1856                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1857                     va);
1858         *l2pgp = l2pg;
1859         return (l2);
1860 }
1861
1862 static vm_page_t
1863 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1864 {
1865         vm_pindex_t ptepindex;
1866         pd_entry_t *pde, tpde;
1867 #ifdef INVARIANTS
1868         pt_entry_t *pte;
1869 #endif
1870         vm_page_t m;
1871         int lvl;
1872
1873         /*
1874          * Calculate pagetable page index
1875          */
1876         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1877 retry:
1878         /*
1879          * Get the page directory entry
1880          */
1881         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1882
1883         /*
1884          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1885          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1886          * table.
1887          */
1888         switch (lvl) {
1889         case -1:
1890                 break;
1891         case 0:
1892 #ifdef INVARIANTS
1893                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1894                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1895                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1896 #endif
1897                 break;
1898         case 1:
1899 #ifdef INVARIANTS
1900                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1901                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1902                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1903 #endif
1904                 break;
1905         case 2:
1906                 tpde = pmap_load(pde);
1907                 if (tpde != 0) {
1908                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1909                         m->ref_count++;
1910                         return (m);
1911                 }
1912                 break;
1913         default:
1914                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1915         }
1916
1917         /*
1918          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1919          */
1920         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1921         if (m == NULL && lockp != NULL)
1922                 goto retry;
1923
1924         return (m);
1925 }
1926
1927 /***************************************************
1928  * Pmap allocation/deallocation routines.
1929  ***************************************************/
1930
1931 /*
1932  * Release any resources held by the given physical map.
1933  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1934  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1935  */
1936 void
1937 pmap_release(pmap_t pmap)
1938 {
1939         struct asid_set *set;
1940         vm_page_t m;
1941         int asid;
1942
1943         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1944             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1945             pmap->pm_stats.resident_count));
1946         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1947             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1948
1949         set = pmap->pm_asid_set;
1950         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
1951
1952         /*
1953          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
1954          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
1955          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
1956          * we don't reuse VMIDs within a generation.
1957          */
1958         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
1959                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
1960                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
1961                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
1962                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
1963                             asid < set->asid_set_size,
1964                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
1965                         bit_clear(set->asid_set, asid);
1966                 }
1967                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
1968         }
1969
1970         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
1971         vm_page_unwire_noq(m);
1972         vm_page_free_zero(m);
1973 }
1974
1975 static int
1976 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1977 {
1978         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1979
1980         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1981 }
1982 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1983     0, 0, kvm_size, "LU",
1984     "Size of KVM");
1985
1986 static int
1987 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1988 {
1989         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1990
1991         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1992 }
1993 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1994     0, 0, kvm_free, "LU",
1995     "Amount of KVM free");
1996
1997 /*
1998  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1999  */
2000 void
2001 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2002 {
2003         vm_paddr_t paddr;
2004         vm_page_t nkpg;
2005         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2006
2007         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2008
2009         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2010         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2011                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2012         while (kernel_vm_end < addr) {
2013                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2014                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2015                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2016
2017                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2018                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2019                         /* We need a new PDP entry */
2020                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2021                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2022                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2023                         if (nkpg == NULL)
2024                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2025                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2026                                 pmap_zero_page(nkpg);
2027                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2028                         dmb(ishst);
2029                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2030                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2031                         continue; /* try again */
2032                 }
2033                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2034                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2035                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2036                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2037                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2038                                 break;
2039                         }
2040                         continue;
2041                 }
2042
2043                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2044                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2045                     VM_ALLOC_ZERO);
2046                 if (nkpg == NULL)
2047                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2048                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2049                         pmap_zero_page(nkpg);
2050                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2051                 dmb(ishst);
2052                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2053                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2054
2055                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2056                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2057                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2058                         break;
2059                 }
2060         }
2061 }
2062
2063
2064 /***************************************************
2065  * page management routines.
2066  ***************************************************/
2067
2068 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2069 CTASSERT(_NPCM == 3);
2070 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2071
2072 static __inline struct pv_chunk *
2073 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2074 {
2075
2076         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2077 }
2078
2079 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2080
2081 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2082 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2083 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2084
2085 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2086
2087 #if 0
2088 #ifdef PV_STATS
2089 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2090
2091 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2092         "Current number of pv entry chunks");
2093 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2094         "Current number of pv entry chunks allocated");
2095 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2096         "Current number of pv entry chunks frees");
2097 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2098         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2099
2100 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2101 static int pv_entry_spare;
2102
2103 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2104         "Current number of pv entry frees");
2105 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2106         "Current number of pv entry allocs");
2107 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2108         "Current number of pv entries");
2109 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2110         "Current number of spare pv entries");
2111 #endif
2112 #endif /* 0 */
2113
2114 /*
2115  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2116  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2117  * another pv entry chunk.
2118  *
2119  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2120  *
2121  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2122  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2123  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2124  */
2125 static vm_page_t
2126 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2127 {
2128         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2129         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2130         struct md_page *pvh;
2131         pd_entry_t *pde;
2132         pmap_t next_pmap, pmap;
2133         pt_entry_t *pte, tpte;
2134         pv_entry_t pv;
2135         vm_offset_t va;
2136         vm_page_t m, m_pc;
2137         struct spglist free;
2138         uint64_t inuse;
2139         int bit, field, freed, lvl;
2140         static int active_reclaims = 0;
2141
2142         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2143         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2144
2145         pmap = NULL;
2146         m_pc = NULL;
2147         SLIST_INIT(&free);
2148         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2149         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2150         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2151         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2152
2153         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2154         active_reclaims++;
2155         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2156         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2157         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2158             SLIST_EMPTY(&free)) {
2159                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2160                 if (next_pmap == NULL) {
2161                         /*
2162                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2163                          * not our marker, so active_reclaims must be
2164                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2165                          * will not rotate the pv_chunks list.
2166                          */
2167                         goto next_chunk;
2168                 }
2169                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2170
2171                 /*
2172                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2173                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2174                  * corresponding pmap is locked.
2175                  */
2176                 if (pmap != next_pmap) {
2177                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2178                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2179                         pmap = next_pmap;
2180                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2181                         if (pmap > locked_pmap) {
2182                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2183                                 PMAP_LOCK(pmap);
2184                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2185                                 continue;
2186                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2187                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2188                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2189                                         continue;
2190                                 } else {
2191                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2192                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2193                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2194                                         if (pc == NULL ||
2195                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2196                                                 continue;
2197                                         goto next_chunk;
2198                                 }
2199                         }
2200                 }
2201
2202                 /*
2203                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2204                  */
2205                 freed = 0;
2206                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2207                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2208                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2209                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2210                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2211                                 va = pv->pv_va;
2212                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2213                                 if (lvl != 2)
2214                                         continue;
2215                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2216                                 tpte = pmap_load(pte);
2217                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2218                                         continue;
2219                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2220                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2221                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2222                                         vm_page_dirty(m);
2223                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2224                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2225                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2226                                 }
2227                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2228                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2229                                 m->md.pv_gen++;
2230                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2231                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2232                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2233                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2234                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2235                                                     PGA_WRITEABLE);
2236                                         }
2237                                 }
2238                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2239                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2240                                 freed++;
2241                         }
2242                 }
2243                 if (freed == 0) {
2244                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2245                         goto next_chunk;
2246                 }
2247                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2248                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2249                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2250                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2251                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2252                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2253                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2254                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2255                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2256                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2257                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2258                         /* Entire chunk is free; return it. */
2259                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2260                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2261                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2262                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2263                         break;
2264                 }
2265                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2266                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2267                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2268                 if (pmap == locked_pmap)
2269                         break;
2270
2271 next_chunk:
2272                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2273                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2274                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2275                         /*
2276                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2277                          * scan the same pv chunks that could not be
2278                          * freed (because they contained a wired
2279                          * and/or superpage mapping) on every
2280                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2281                          */
2282                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2283                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2284                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2285                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2286                         }
2287                 }
2288         }
2289         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2290         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2291         active_reclaims--;
2292         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2293         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2294                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2295         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2296                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2297                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2298                 /* Recycle a freed page table page. */
2299                 m_pc->ref_count = 1;
2300         }
2301         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2302         return (m_pc);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * free the pv_entry back to the free list
2307  */
2308 static void
2309 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2310 {
2311         struct pv_chunk *pc;
2312         int idx, field, bit;
2313
2314         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2315         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2316         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2317         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2318         pc = pv_to_chunk(pv);
2319         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2320         field = idx / 64;
2321         bit = idx % 64;
2322         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2323         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2324             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2325                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2326                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2327                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2328                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2329                 }
2330                 return;
2331         }
2332         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2333         free_pv_chunk(pc);
2334 }
2335
2336 static void
2337 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2338 {
2339         vm_page_t m;
2340
2341         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2342         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2343         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2344         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2345         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2346         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2347         /* entire chunk is free, return it */
2348         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2349         dump_drop_page(m->phys_addr);
2350         vm_page_unwire_noq(m);
2351         vm_page_free(m);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2356  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2357  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2358  * returned.
2359  *
2360  * The given PV list lock may be released.
2361  */
2362 static pv_entry_t
2363 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2364 {
2365         int bit, field;
2366         pv_entry_t pv;
2367         struct pv_chunk *pc;
2368         vm_page_t m;
2369
2370         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2371         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2372 retry:
2373         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2374         if (pc != NULL) {
2375                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2376                         if (pc->pc_map[field]) {
2377                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2378                                 break;
2379                         }
2380                 }
2381                 if (field < _NPCM) {
2382                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2383                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2384                         /* If this was the last item, move it to tail */
2385                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2386                             pc->pc_map[2] == 0) {
2387                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2388                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2389                                     pc_list);
2390                         }
2391                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2392                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2393                         return (pv);
2394                 }
2395         }
2396         /* No free items, allocate another chunk */
2397         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2398             VM_ALLOC_WIRED);
2399         if (m == NULL) {
2400                 if (lockp == NULL) {
2401                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2402                         return (NULL);
2403                 }
2404                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2405                 if (m == NULL)
2406                         goto retry;
2407         }
2408         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2409         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2410         dump_add_page(m->phys_addr);
2411         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2412         pc->pc_pmap = pmap;
2413         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2414         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2415         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2416         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2417         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2418         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2419         pv = &pc->pc_pventry[0];
2420         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2421         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2422         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2423         return (pv);
2424 }
2425
2426 /*
2427  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2428  * exceeds the given count, "needed".
2429  *
2430  * The given PV list lock may be released.
2431  */
2432 static void
2433 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2434 {
2435         struct pch new_tail;
2436         struct pv_chunk *pc;
2437         vm_page_t m;
2438         int avail, free;
2439         bool reclaimed;
2440
2441         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2442         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2443
2444         /*
2445          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2446          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2447          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2448          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2449          */
2450         TAILQ_INIT(&new_tail);
2451 retry:
2452         avail = 0;
2453         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2454                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2455                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2456                 if (free == 0)
2457                         break;
2458                 avail += free;
2459                 if (avail >= needed)
2460                         break;
2461         }
2462         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2463                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2464                     VM_ALLOC_WIRED);
2465                 if (m == NULL) {
2466                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2467                         if (m == NULL)
2468                                 goto retry;
2469                         reclaimed = true;
2470                 }
2471                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2472                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2473                 dump_add_page(m->phys_addr);
2474                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2475                 pc->pc_pmap = pmap;
2476                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2477                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2478                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2479                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2480                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2481                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2482
2483                 /*
2484                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2485                  * If that chunk contained available entries, we need to
2486                  * re-count the number of available entries.
2487                  */
2488                 if (reclaimed)
2489                         goto retry;
2490         }
2491         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2492                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2493                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2494                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2495         }
2496 }
2497
2498 /*
2499  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2500  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2501  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2502  * 2MB page mappings.
2503  */
2504 static __inline pv_entry_t
2505 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2506 {
2507         pv_entry_t pv;
2508
2509         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2510                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2511                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2512                         pvh->pv_gen++;
2513                         break;
2514                 }
2515         }
2516         return (pv);
2517 }
2518
2519 /*
2520  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2521  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2522  * entries for each of the 4KB page mappings.
2523  */
2524 static void
2525 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2526     struct rwlock **lockp)
2527 {
2528         struct md_page *pvh;
2529         struct pv_chunk *pc;
2530         pv_entry_t pv;
2531         vm_offset_t va_last;
2532         vm_page_t m;
2533         int bit, field;
2534
2535         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2536         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2537             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2538         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2539             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2540         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2541
2542         /*
2543          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2544          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2545          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2546          */
2547         pvh = pa_to_pvh(pa);
2548         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2549         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2550         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2551         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2552         m->md.pv_gen++;
2553         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2554         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2555         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2556         for (;;) {
2557                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2558                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2559                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2560                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2561                         while (pc->pc_map[field]) {
2562                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2563                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2564                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2565                                 va += PAGE_SIZE;
2566                                 pv->pv_va = va;
2567                                 m++;
2568                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2569                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2570                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2571                                 m->md.pv_gen++;
2572                                 if (va == va_last)
2573                                         goto out;
2574                         }
2575                 }
2576                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2577                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2578         }
2579 out:
2580         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2581                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2582                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2583         }
2584         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2585         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2586 }
2587
2588 /*
2589  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2590  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2591  * page mappings.
2592  */
2593 static void
2594 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2595 {
2596         pv_entry_t pv;
2597
2598         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2599         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2600         free_pv_entry(pmap, pv);
2601 }
2602
2603 /*
2604  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2605  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2606  */
2607 static boolean_t
2608 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2609     struct rwlock **lockp)
2610 {
2611         pv_entry_t pv;
2612
2613         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2614         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2615         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2616                 pv->pv_va = va;
2617                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2618                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2619                 m->md.pv_gen++;
2620                 return (TRUE);
2621         } else
2622                 return (FALSE);
2623 }
2624
2625 /*
2626  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2627  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2628  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2629  */
2630 static bool
2631 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2632     struct rwlock **lockp)
2633 {
2634         struct md_page *pvh;
2635         pv_entry_t pv;
2636         vm_paddr_t pa;
2637
2638         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2639         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2640         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2641             NULL : lockp)) == NULL)
2642                 return (false);
2643         pv->pv_va = va;
2644         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2645         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2646         pvh = pa_to_pvh(pa);
2647         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2648         pvh->pv_gen++;
2649         return (true);
2650 }
2651
2652 static void
2653 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2654 {
2655         pt_entry_t newl2, oldl2;
2656         vm_page_t ml3;
2657         vm_paddr_t ml3pa;
2658
2659         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2660         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2661         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2662
2663         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2664         if (ml3 == NULL)
2665                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2666
2667         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2668         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2669
2670         /*
2671          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2672          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2673          */
2674         if (ml3->valid != 0)
2675                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2676
2677         /*
2678          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2679          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2680          */
2681         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2682         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2683             __func__, l2, oldl2));
2684 }
2685
2686 /*
2687  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2688  */
2689 static int
2690 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2691     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2692 {
2693         struct md_page *pvh;
2694         pt_entry_t old_l2;
2695         vm_offset_t eva, va;
2696         vm_page_t m, ml3;
2697
2698         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2699         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2700         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2701         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2702             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2703
2704         /*
2705          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2706          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2707          */
2708         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2709
2710         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2711                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2712         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2713         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2714                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2715                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2716                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2717                 eva = sva + L2_SIZE;
2718                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2719                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2720                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2721                                 vm_page_dirty(m);
2722                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2723                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2724                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2725                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2726                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2727                 }
2728         }
2729         if (pmap == kernel_pmap) {
2730                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2731         } else {
2732                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2733                 if (ml3 != NULL) {
2734                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2735                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2736                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2737                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2738                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2739                         ml3->ref_count = 0;
2740                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2741                 }
2742         }
2743         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2744 }
2745
2746 /*
2747  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2748  */
2749 static int
2750 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2751     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2752 {
2753         struct md_page *pvh;
2754         pt_entry_t old_l3;
2755         vm_page_t m;
2756
2757         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2758         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2759         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2760         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2761                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2762         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2763         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2764                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2765                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2766                         vm_page_dirty(m);
2767                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2768                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2769                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2770                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2771                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2772                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2773                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2774                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2775                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2776                 }
2777         }
2778         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2779 }
2780
2781 /*
2782  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2783  * identified by the given L2 entry.
2784  */
2785 static void
2786 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2787     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2788 {
2789         struct md_page *pvh;
2790         struct rwlock *new_lock;
2791         pt_entry_t *l3, old_l3;
2792         vm_offset_t va;
2793         vm_page_t l3pg, m;
2794
2795         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2796         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2797             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2798         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2799             NULL;
2800         va = eva;
2801         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2802                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2803                         if (va != eva) {
2804                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2805                                 va = eva;
2806                         }
2807                         continue;
2808                 }
2809                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2810                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2811                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2812                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2813                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2814                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2815                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2816                                 vm_page_dirty(m);
2817                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2818                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2819                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2820                         if (new_lock != *lockp) {
2821                                 if (*lockp != NULL) {
2822                                         /*
2823                                          * Pending TLB invalidations must be
2824                                          * performed before the PV list lock is
2825                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2826                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2827                                          * could return while a stale TLB entry
2828                                          * still provides access to that page. 
2829                                          */
2830                                         if (va != eva) {
2831                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2832                                                     sva);
2833                                                 va = eva;
2834                                         }
2835                                         rw_wunlock(*lockp);
2836                                 }
2837                                 *lockp = new_lock;
2838                                 rw_wlock(*lockp);
2839                         }
2840                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2841                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2842                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2843                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2844                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2845                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2846                         }
2847                 }
2848                 if (va == eva)
2849                         va = sva;
2850                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2851                         sva += L3_SIZE;
2852                         break;
2853                 }
2854         }
2855         if (va != eva)
2856                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2857 }
2858
2859 /*
2860  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2861  *
2862  *      It is assumed that the start and end are properly
2863  *      rounded to the page size.
2864  */
2865 void
2866 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2867 {
2868         struct rwlock *lock;
2869         vm_offset_t va_next;
2870         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2871         pt_entry_t l3_paddr;
2872         struct spglist free;
2873
2874         /*
2875          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2876          */
2877         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2878                 return;
2879
2880         SLIST_INIT(&free);
2881
2882         PMAP_LOCK(pmap);
2883
2884         lock = NULL;
2885         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2886
2887                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2888                         break;
2889
2890                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2891                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2892                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2893                         if (va_next < sva)
2894                                 va_next = eva;
2895                         continue;
2896                 }
2897
2898                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2899                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2900                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2901                         if (va_next < sva)
2902                                 va_next = eva;
2903                         continue;
2904                 }
2905
2906                 /*
2907                  * Calculate index for next page table.
2908                  */
2909                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2910                 if (va_next < sva)
2911                         va_next = eva;
2912
2913                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2914                 if (l2 == NULL)
2915                         continue;
2916
2917                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2918
2919                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2920                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2921                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2922                                     &free, &lock);
2923                                 continue;
2924                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2925                             &lock) == NULL)
2926                                 continue;
2927                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2928                 }
2929
2930                 /*
2931                  * Weed out invalid mappings.
2932                  */
2933                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2934                         continue;
2935
2936                 /*
2937                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2938                  * by the current page table page, or to the end of the
2939                  * range being removed.
2940                  */
2941                 if (va_next > eva)
2942                         va_next = eva;
2943
2944                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
2945                     &lock);
2946         }
2947         if (lock != NULL)
2948                 rw_wunlock(lock);
2949         PMAP_UNLOCK(pmap);
2950         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2951 }
2952
2953 /*
2954  *      Routine:        pmap_remove_all
2955  *      Function:
2956  *              Removes this physical page from
2957  *              all physical maps in which it resides.
2958  *              Reflects back modify bits to the pager.
2959  *
2960  *      Notes:
2961  *              Original versions of this routine were very
2962  *              inefficient because they iteratively called
2963  *              pmap_remove (slow...)
2964  */
2965
2966 void
2967 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2968 {
2969         struct md_page *pvh;
2970         pv_entry_t pv;
2971         pmap_t pmap;
2972         struct rwlock *lock;
2973         pd_entry_t *pde, tpde;
2974         pt_entry_t *pte, tpte;
2975         vm_offset_t va;
2976         struct spglist free;
2977         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2978
2979         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2980             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2981         SLIST_INIT(&free);
2982         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2983         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2984             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2985 retry:
2986         rw_wlock(lock);
2987         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2988                 pmap = PV_PMAP(pv);
2989                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2990                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2991                         rw_wunlock(lock);
2992                         PMAP_LOCK(pmap);
2993                         rw_wlock(lock);
2994                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2995                                 rw_wunlock(lock);
2996                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2997                                 goto retry;
2998                         }
2999                 }
3000                 va = pv->pv_va;
3001                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3002                 KASSERT(pte != NULL,
3003                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3004                 KASSERT(lvl == 2,
3005                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3006
3007                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3008                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3009         }
3010         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3011                 pmap = PV_PMAP(pv);
3012                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3013                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3014                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3015                         md_gen = m->md.pv_gen;
3016                         rw_wunlock(lock);
3017                         PMAP_LOCK(pmap);
3018                         rw_wlock(lock);
3019                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3020                                 rw_wunlock(lock);
3021                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3022                                 goto retry;
3023                         }
3024                 }
3025                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3026
3027                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3028                 KASSERT(pde != NULL,
3029                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3030                 KASSERT(lvl == 2,
3031                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3032                 tpde = pmap_load(pde);
3033
3034                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3035                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3036                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3037                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3038                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3039                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3040                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3041                 }
3042
3043                 /*
3044                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3045                  */
3046                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3047                         vm_page_dirty(m);
3048                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3049                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3050                 m->md.pv_gen++;
3051                 free_pv_entry(pmap, pv);
3052                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3053         }
3054         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3055         rw_wunlock(lock);
3056         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3057 }
3058
3059 /*
3060  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3061  */
3062 static void
3063 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3064     pt_entry_t nbits)
3065 {
3066         pd_entry_t old_l2;
3067         vm_page_t m, mt;
3068
3069         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3070         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3071         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3072             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3073         old_l2 = pmap_load(l2);
3074         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3075             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3076
3077         /*
3078          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3079          * in place.
3080          */
3081 retry:
3082         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3083                 return;
3084
3085         /*
3086          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3087          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3088          * pages.
3089          */
3090         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3091             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3092             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3093                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3094                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3095                         vm_page_dirty(mt);
3096         }
3097
3098         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3099                 goto retry;
3100
3101         /*
3102          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3103          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3104          */
3105         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3106 }
3107
3108 /*
3109  *      Set the physical protection on the
3110  *      specified range of this map as requested.
3111  */
3112 void
3113 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3114 {
3115         vm_offset_t va, va_next;
3116         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3117         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3118
3119         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3120         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3121         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3122                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3123                 return;
3124         }
3125
3126         mask = nbits = 0;
3127         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3128                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3129                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3130         }
3131         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3132                 mask |= ATTR_S1_XN;
3133                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3134         }
3135         if (mask == 0)
3136                 return;
3137
3138         PMAP_LOCK(pmap);
3139         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3140
3141                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3142                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3143                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3144                         if (va_next < sva)
3145                                 va_next = eva;
3146                         continue;
3147                 }
3148
3149                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3150                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3151                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3152                         if (va_next < sva)
3153                                 va_next = eva;
3154                         continue;
3155                 }
3156
3157                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3158                 if (va_next < sva)
3159                         va_next = eva;
3160
3161                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3162                 if (pmap_load(l2) == 0)
3163                         continue;
3164
3165                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3166                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3167                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3168                                 continue;
3169                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3170                                 continue;
3171                 }
3172                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3173                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3174
3175                 if (va_next > eva)
3176                         va_next = eva;
3177
3178                 va = va_next;
3179                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3180                     sva += L3_SIZE) {
3181                         l3 = pmap_load(l3p);
3182 retry:
3183                         /*
3184                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3185                          * invalid or already has the desired access
3186                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3187                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3188                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3189                          * have the desired restrictions.)
3190                          */
3191                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3192                                 if (va != va_next) {
3193                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3194                                         va = va_next;
3195                                 }
3196                                 continue;
3197                         }
3198
3199                         /*
3200                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3201                          * update the page's dirty field.
3202                          */
3203                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3204                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3205                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3206                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3207
3208                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3209                                 goto retry;
3210                         if (va == va_next)
3211                                 va = sva;
3212                 }
3213                 if (va != va_next)
3214                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3215         }
3216         PMAP_UNLOCK(pmap);
3217 }
3218
3219 /*
3220  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3221  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3222  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3223  * ordered by this virtual address range.
3224  *
3225  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3226  */
3227 static __inline int
3228 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3229 {
3230
3231         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3232         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3233         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3234 }
3235
3236 /*
3237  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3238  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3239  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3240  * specified virtual address.
3241  */
3242 static __inline vm_page_t
3243 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3244 {
3245
3246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3247         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3248 }
3249
3250 /*
3251  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3252  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3253  * inconsistent state.
3254  */
3255 static void
3256 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3257     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3258 {
3259         register_t intr;
3260
3261         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3262
3263         /*
3264          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3265          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3266          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3267          */
3268         intr = intr_disable();
3269
3270         /*
3271          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3272          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3273          * lookup the physical address.
3274          */
3275         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3276         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3277
3278         /* Create the new mapping */
3279         pmap_store(pte, newpte);
3280         dsb(ishst);
3281
3282         intr_restore(intr);
3283 }
3284
3285 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3286 /*
3287  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3288  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3289  * for the 2MB page mapping.
3290  */
3291 static void
3292 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3293     struct rwlock **lockp)
3294 {
3295         struct md_page *pvh;
3296         pv_entry_t pv;
3297         vm_offset_t va_last;
3298         vm_page_t m;
3299
3300         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3301             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3302         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3303
3304         /*
3305          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3306          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3307          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3308          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3309          * mappings that is being promoted.
3310          */
3311         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3312         va = va & ~L2_OFFSET;
3313         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3314         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3315         pvh = pa_to_pvh(pa);
3316         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3317         pvh->pv_gen++;
3318         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3319         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3320         do {
3321                 m++;
3322                 va += PAGE_SIZE;
3323                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3324         } while (va < va_last);
3325 }
3326
3327 /*
3328  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3329  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3330  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3331  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3332  * identical characteristics.
3333  */
3334 static void
3335 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3336     struct rwlock **lockp)
3337 {
3338         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3339         vm_page_t mpte;
3340         vm_offset_t sva;
3341
3342         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3343         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3344
3345         sva = va & ~L2_OFFSET;
3346         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3347         newl2 = pmap_load(firstl3);
3348
3349 setl2:
3350         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3351                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3352                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3353                     " in pmap %p", va, pmap);
3354                 return;
3355         }
3356
3357         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3358             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3359                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3360                         goto setl2;
3361                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3362         }
3363
3364         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3365         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3366                 oldl3 = pmap_load(l3);
3367 setl3:
3368                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3369                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3370                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3371                             ~ATTR_SW_DBM))
3372                                 goto setl3;
3373                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3374                 }
3375                 if (oldl3 != pa) {
3376                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3377                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3378                             " in pmap %p", va, pmap);
3379                         return;
3380                 }
3381                 pa -= PAGE_SIZE;
3382         }
3383
3384         /*
3385          * Save the page table page in its current state until the L2
3386          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3387          * destroyed by pmap_remove_l3().
3388          */
3389         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3390         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3391             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3392             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3393         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3394             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3395         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3396                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3397                 CTR2(KTR_PMAP,
3398                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3399                     pmap);
3400                 return;
3401         }
3402
3403         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3404                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3405
3406         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3407         newl2 |= L2_BLOCK;
3408
3409         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3410
3411         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3412         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3413                     pmap);
3414 }
3415 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3416
3417 /*
3418  *      Insert the given physical page (p) at
3419  *      the specified virtual address (v) in the
3420  *      target physical map with the protection requested.
3421  *
3422  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3423  *      that the related pte can not be reclaimed.
3424  *
3425  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3426  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3427  *      insert this page into the given map NOW.
3428  */
3429 int
3430 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3431     u_int flags, int8_t psind)
3432 {
3433         struct rwlock *lock;
3434         pd_entry_t *pde;
3435         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3436         pt_entry_t *l2, *l3;
3437         pv_entry_t pv;
3438         vm_paddr_t opa, pa;
3439         vm_page_t mpte, om;
3440         boolean_t nosleep;
3441         int lvl, rv;
3442
3443         va = trunc_page(va);
3444         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3445                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3446         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3447         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3448         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3449         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3450
3451         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3452                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3453         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3454                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3455                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3456                 else
3457                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3458                 if (pmap != kernel_pmap)
3459                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3460         } else {
3461                 /*
3462                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3463                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3464                  * required to invalidate the I-cache.
3465                  *
3466                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3467                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3468                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3469                  * correctly if it is clear.
3470                  */
3471                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3472                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3473         }
3474         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3475                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3476                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3477                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3478                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3479                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3480                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3481                                 else
3482                                         new_l3 &=
3483                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3484                         }
3485                 }
3486         }
3487
3488         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3489
3490         lock = NULL;
3491         PMAP_LOCK(pmap);
3492         if (psind == 1) {
3493                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3494                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3495                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3496                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3497                     flags, m, &lock);
3498                 goto out;
3499         }
3500         mpte = NULL;
3501
3502         /*
3503          * In the case that a page table page is not
3504          * resident, we are creating it here.
3505          */
3506 retry:
3507         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3508         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3509                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3510                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3511                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3512                         mpte->ref_count++;
3513                 }
3514                 goto havel3;
3515         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3516                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3517                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3518                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3519                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3520                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3521                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3522                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3523                                 mpte->ref_count++;
3524                         }
3525                         goto havel3;
3526                 }
3527                 /* We need to allocate an L3 table. */
3528         }
3529         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3530                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3531
3532                 /*
3533                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3534                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3535                  * was created while we slept.
3536                  */
3537                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3538                     nosleep ? NULL : &lock);
3539                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3540                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3541                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3542                         goto out;
3543                 }
3544                 goto retry;
3545         } else
3546                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3547
3548 havel3:
3549         orig_l3 = pmap_load(l3);
3550         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3551         pv = NULL;
3552
3553         /*
3554          * Is the specified virtual address already mapped?
3555          */
3556         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3557                 /*
3558                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
3559                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
3560                  * into EL2 to perform such actions.
3561                  */
3562                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3563                 /*
3564                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3565                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3566                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3567                  * the PT page will be also.
3568                  */
3569                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3570                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3571                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3572                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3573                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3574                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3575
3576                 /*
3577                  * Remove the extra PT page reference.
3578                  */
3579                 if (mpte != NULL) {
3580                         mpte->ref_count--;
3581                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3582                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3583                              " va: 0x%lx", va));
3584                 }
3585
3586                 /*
3587                  * Has the physical page changed?
3588                  */
3589                 if (opa == pa) {
3590                         /*
3591                          * No, might be a protection or wiring change.
3592                          */
3593                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3594                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3595                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3596                         goto validate;
3597                 }
3598
3599                 /*
3600                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3601                  * the mapping.
3602                  */
3603                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3604                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3605                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3606                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3607                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3608
3609                         /*
3610                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3611                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3612                          * pmap_ts_referenced().
3613                          */
3614                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3615                                 vm_page_dirty(om);
3616                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3617                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3618                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3619                         }
3620                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3621                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3622                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3623                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3624                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3625                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3626                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3627                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3628                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3629                 } else {
3630                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
3631                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
3632                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3633                 }
3634                 orig_l3 = 0;
3635         } else {
3636                 /*
3637                  * Increment the counters.
3638                  */
3639                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3640                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3641                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3642         }
3643         /*
3644          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3645          */
3646         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3647                 if (pv == NULL) {
3648                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3649                         pv->pv_va = va;
3650                 }
3651                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3652                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3653                 m->md.pv_gen++;
3654                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3655                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3656         }
3657
3658 validate:
3659         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3660                 /*
3661                  * Sync icache if exec permission and attribute
3662                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
3663                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
3664                  * later, then other can access this page before caches are
3665                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
3666                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
3667                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
3668                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
3669                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
3670                 */
3671                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3672                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3673                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
3674                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3675                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3676                 }
3677         } else {
3678                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3679         }
3680
3681         /*
3682          * Update the L3 entry
3683          */
3684         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3685                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3686                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3687                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3688                         /* same PA, different attributes */
3689                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
3690                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3691                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3692                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3693                                 vm_page_dirty(m);
3694                 } else {
3695                         /*
3696                          * orig_l3 == new_l3
3697                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3698                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3699                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3700                          * cycle.
3701                          * Another possible reasons are:
3702                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3703                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3704                          *   actual mapping.
3705                          */
3706                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3707                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3708                             __func__, pmap, va, new_l3);
3709                 }
3710         } else {
3711                 /* New mapping */
3712                 pmap_store(l3, new_l3);
3713                 dsb(ishst);
3714         }
3715
3716 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3717         /*
3718          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
3719          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
3720          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
3721          * that is incorrect a stage 2 pmap.
3722          */
3723         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
3724             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
3725             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3726             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3727                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3728         }
3729 #endif
3730
3731         rv = KERN_SUCCESS;
3732 out:
3733         if (lock != NULL)
3734                 rw_wunlock(lock);
3735         PMAP_UNLOCK(pmap);
3736         return (rv);
3737 }
3738
3739 /*
3740  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3741  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3742  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3743  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3744  * PV entry.
3745  */
3746 static bool
3747 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3748     struct rwlock **lockp)
3749 {
3750         pd_entry_t new_l2;
3751
3752         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3753         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3754
3755         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3756             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
3757             L2_BLOCK);
3758         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3759                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3760                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3761         }
3762         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3763             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3764                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
3765         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3766                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3767         else
3768                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
3769         if (pmap != kernel_pmap)
3770                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
3771         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3772             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3773             KERN_SUCCESS);
3774 }
3775
3776 /*
3777  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
3778  * zero.
3779  */
3780 static bool
3781 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
3782 {
3783         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3784
3785         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
3786         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3787         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
3788                 if (*pte != 0)
3789                         return (false);
3790         }
3791         return (true);
3792 }
3793
3794 /*
3795  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3796  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3797  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3798  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
3799  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
3800  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3801  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3802  *
3803  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3804  */
3805 static int
3806 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
3807     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
3808 {
3809         struct spglist free;
3810         pd_entry_t *l2, old_l2;
3811         vm_page_t l2pg, mt;
3812
3813         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3814
3815         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
3816             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
3817                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3818                     va, pmap);
3819                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3820         }
3821
3822         /*
3823          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
3824          */
3825         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
3826                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
3827                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
3828                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
3829                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
3830                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
3831                         if (l2pg != NULL)
3832                                 l2pg->ref_count--;
3833                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
3834                             " in pmap %p", va, pmap);
3835                         return (KERN_FAILURE);
3836                 }
3837                 SLIST_INIT(&free);
3838                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
3839                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
3840                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
3841                 else
3842                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
3843                             &free, lockp);
3844                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3845                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3846                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3847                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3848                 } else {
3849                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3850                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
3851
3852                         /*
3853                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
3854                          * will leave the kernel page table page zero filled.
3855                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
3856                          * entry for the kernel page table page.
3857                          */
3858                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3859                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3860                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3861                         pmap_clear(l2);
3862                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3863                 }
3864         }
3865
3866         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3867                 /*
3868                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3869                  */
3870                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3871                         if (l2pg != NULL)
3872                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
3873                         CTR2(KTR_PMAP,
3874                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3875                             va, pmap);
3876                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3877                 }
3878                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3879                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3880                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3881         }
3882
3883         /*
3884          * Increment counters.
3885          */
3886         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3887                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3888         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3889
3890         /*
3891          * Map the superpage.
3892          */
3893         pmap_store(l2, new_l2);
3894         dsb(ishst);
3895
3896         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3897         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3898             va, pmap);
3899
3900         return (KERN_SUCCESS);
3901 }
3902
3903 /*
3904  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3905  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3906  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3907  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3908  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3909  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3910  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3911  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3912  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3913  * corresponding offset from m_start are mapped.
3914  */
3915 void
3916 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3917     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3918 {
3919         struct rwlock *lock;
3920         vm_offset_t va;
3921         vm_page_t m, mpte;
3922         vm_pindex_t diff, psize;
3923
3924         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3925
3926         psize = atop(end - start);
3927         mpte = NULL;
3928         m = m_start;
3929         lock = NULL;
3930         PMAP_LOCK(pmap);
3931         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3932                 va = start + ptoa(diff);
3933                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3934                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3935                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3936                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3937                 else
3938                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3939                             &lock);
3940                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3941         }
3942         if (lock != NULL)
3943                 rw_wunlock(lock);
3944         PMAP_UNLOCK(pmap);
3945 }
3946
3947 /*
3948  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3949  * 1. Current pmap & pmap exists.
3950  * 2. Not wired.
3951  * 3. Read access.
3952  * 4. No page table pages.
3953  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3954  */
3955
3956 void
3957 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3958 {
3959         struct rwlock *lock;
3960
3961         lock = NULL;
3962         PMAP_LOCK(pmap);
3963         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3964         if (lock != NULL)
3965                 rw_wunlock(lock);
3966         PMAP_UNLOCK(pmap);
3967 }
3968
3969 static vm_page_t
3970 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3971     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3972 {
3973         pd_entry_t *pde;
3974         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3975         vm_paddr_t pa;
3976         int lvl;
3977
3978         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3979             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3980             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3981         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3982         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3983
3984         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3985         /*
3986          * In the case that a page table page is not
3987          * resident, we are creating it here.
3988          */
3989         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3990                 vm_pindex_t l2pindex;
3991
3992                 /*
3993                  * Calculate pagetable page index
3994                  */
3995                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3996                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3997                         mpte->ref_count++;
3998                 } else {
3999                         /*
4000                          * Get the l2 entry
4001                          */
4002                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4003
4004                         /*
4005                          * If the page table page is mapped, we just increment
4006                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4007                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4008                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4009                          */
4010                         if (lvl == 1) {
4011                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4012                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4013                                     L2_BLOCK)
4014                                         return (NULL);
4015                         }
4016                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4017                                 mpte =
4018                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4019                                 mpte->ref_count++;
4020                         } else {
4021                                 /*
4022                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4023                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4024                                  */
4025                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4026                                 if (mpte == NULL)
4027                                         return (mpte);
4028                         }
4029                 }
4030                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4031                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4032         } else {
4033                 mpte = NULL;
4034                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4035                 KASSERT(pde != NULL,
4036                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4037                      va));
4038                 KASSERT(lvl == 2,
4039                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4040                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4041         }
4042
4043         /*
4044          * Abort if a mapping already exists.
4045          */
4046         if (pmap_load(l3) != 0) {
4047                 if (mpte != NULL)
4048                         mpte->ref_count--;
4049                 return (NULL);
4050         }
4051
4052         /*
4053          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4054          */
4055         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4056             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4057                 if (mpte != NULL)
4058                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4059                 return (NULL);
4060         }
4061
4062         /*
4063          * Increment counters
4064          */
4065         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4066
4067         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4068         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4069             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4070         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4071             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4072                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4073         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4074                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4075         else
4076                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4077         if (pmap != kernel_pmap)
4078                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4079
4080         /*
4081          * Now validate mapping with RO protection
4082          */
4083         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4084                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4085                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4086         }
4087
4088         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4089         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4090             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4091                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4092
4093         pmap_store(l3, l3_val);
4094         dsb(ishst);
4095
4096         return (mpte);
4097 }
4098
4099 /*
4100  * This code maps large physical mmap regions into the
4101  * processor address space.  Note that some shortcuts
4102  * are taken, but the code works.
4103  */
4104 void
4105 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4106     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4107 {
4108
4109         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4110         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4111             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4112 }
4113
4114 /*
4115  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4116  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4117  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4118  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4119  *
4120  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4121  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4122  */
4123 void
4124 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4125 {
4126         vm_offset_t va_next;
4127         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4128         pt_entry_t *l3;
4129
4130         PMAP_LOCK(pmap);
4131         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4132                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4133                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4134                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4135                         if (va_next < sva)
4136                                 va_next = eva;
4137                         continue;
4138                 }
4139
4140                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4141                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4142                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4143                         if (va_next < sva)
4144                                 va_next = eva;
4145                         continue;
4146                 }
4147
4148                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4149                 if (va_next < sva)
4150                         va_next = eva;
4151
4152                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4153                 if (pmap_load(l2) == 0)
4154                         continue;
4155
4156                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4157                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4158                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4159                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4160
4161                         /*
4162                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4163                          * demote the mapping and fall through.
4164                          */
4165                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4166                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4167                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4168                                     PAGE_SIZE;
4169                                 continue;
4170                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4171                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4172                 }
4173                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4174                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4175
4176                 if (va_next > eva)
4177                         va_next = eva;
4178                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4179                     sva += L3_SIZE) {
4180                         if (pmap_load(l3) == 0)
4181                                 continue;
4182                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4183                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4184                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4185
4186                         /*
4187                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4188                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4189                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4190                          */
4191                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4192                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4193                 }
4194         }
4195         PMAP_UNLOCK(pmap);
4196 }
4197
4198 /*
4199  *      Copy the range specified by src_addr/len
4200  *      from the source map to the range dst_addr/len
4201  *      in the destination map.
4202  *
4203  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4204  *
4205  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4206  *      it should not have to flush the instruction cache.
4207  */
4208 void
4209 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4210     vm_offset_t src_addr)
4211 {
4212         struct rwlock *lock;
4213         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4214         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4215         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4216         vm_page_t dst_l2pg, dstmpte, srcmpte;
4217
4218         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4219         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4220
4221         if (dst_addr != src_addr)
4222                 return;
4223         end_addr = src_addr + len;
4224         lock = NULL;
4225         if (dst_pmap < src_pmap) {
4226                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4227                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4228         } else {
4229                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4230                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4231         }
4232         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4233                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4234                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4235                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4236                         if (va_next < addr)
4237                                 va_next = end_addr;
4238                         continue;
4239                 }
4240                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4241                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4242                         va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4243                         if (va_next < addr)
4244                                 va_next = end_addr;
4245                         continue;
4246                 }
4247                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4248                 if (va_next < addr)
4249                         va_next = end_addr;
4250                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4251                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4252                 if (srcptepaddr == 0)
4253                         continue;
4254                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4255                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4256                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4257                                 continue;
4258                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_l2pg, NULL);
4259                         if (l2 == NULL)
4260                                 break;
4261                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4262                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4263                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4264                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4265                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4266                                 nbits = 0;
4267                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4268                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4269                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4270                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4271                                     PAGE_SIZE);
4272                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4273                         } else
4274                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_l2pg);
4275                         continue;
4276                 }
4277                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4278                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4279                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4280                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4281                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4282                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4283                 if (va_next > end_addr)
4284                         va_next = end_addr;
4285                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4286                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4287                 dstmpte = NULL;
4288                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4289                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4290
4291                         /*
4292                          * We only virtual copy managed pages.
4293                          */
4294                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4295                                 continue;
4296
4297                         if (dstmpte != NULL) {
4298                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4299                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4300                                 dstmpte->ref_count++;
4301                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4302                             NULL)) == NULL)
4303                                 goto out;
4304                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4305                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4306                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4307                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4308                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4309                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4310                                 /*
4311                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4312                                  * (referenced) bits during the copy.
4313                                  */
4314                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4315                                 nbits = 0;
4316                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4317                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4318                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4319                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4320                         } else {
4321                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4322                                 goto out;
4323                         }
4324                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4325                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4326                                 break;
4327                 }
4328         }
4329 out:
4330         /*
4331          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4332          * not active.
4333          */
4334         dsb(ishst);
4335
4336         if (lock != NULL)
4337                 rw_wunlock(lock);
4338         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4339         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4340 }
4341
4342 /*
4343  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4344  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4345  */
4346 void
4347 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4348 {
4349         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4350
4351         pagezero((void *)va);
4352 }
4353
4354 /*
4355  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4356  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4357  *
4358  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4359  */
4360 void
4361 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4362 {
4363         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4364
4365         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4366                 pagezero((void *)va);
4367         else
4368                 bzero((char *)va + off, size);
4369 }
4370
4371 /*
4372  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4373  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4374  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4375  *      time.
4376  */
4377 void
4378 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4379 {
4380         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4381         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4382
4383         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4384 }
4385
4386 int unmapped_buf_allowed = 1;
4387
4388 void
4389 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4390     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4391 {
4392         void *a_cp, *b_cp;
4393         vm_page_t m_a, m_b;
4394         vm_paddr_t p_a, p_b;
4395         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4396         int cnt;
4397
4398         while (xfersize > 0) {
4399                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4400                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4401                 p_a = m_a->phys_addr;
4402                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4403                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4404                 p_b = m_b->phys_addr;
4405                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4406                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4407                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4408                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4409                 } else {
4410                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4411                 }
4412                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4413                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4414                 } else {
4415                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4416                 }
4417                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4418                 a_offset += cnt;
4419                 b_offset += cnt;
4420                 xfersize -= cnt;
4421         }
4422 }
4423
4424 vm_offset_t
4425 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4426 {
4427
4428         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4429 }
4430
4431 void
4432 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4433 {
4434 }
4435
4436 /*
4437  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4438  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4439  * be changed upwards or downwards in the future; it
4440  * is only necessary that true be returned for a small
4441  * subset of pmaps for proper page aging.
4442  */
4443 boolean_t
4444 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4445 {
4446         struct md_page *pvh;
4447         struct rwlock *lock;
4448         pv_entry_t pv;
4449         int loops = 0;
4450         boolean_t rv;
4451
4452         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4453             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4454         rv = FALSE;
4455         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4456         rw_rlock(lock);
4457         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4458                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4459                         rv = TRUE;
4460                         break;
4461                 }
4462                 loops++;
4463                 if (loops >= 16)
4464                         break;
4465         }
4466         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4467                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4468                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4469                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4470                                 rv = TRUE;
4471                                 break;
4472                         }
4473                         loops++;
4474                         if (loops >= 16)
4475                                 break;
4476                 }
4477         }
4478         rw_runlock(lock);
4479         return (rv);
4480 }
4481
4482 /*
4483  *      pmap_page_wired_mappings:
4484  *
4485  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4486  *      that are wired.
4487  */
4488 int
4489 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4490 {
4491         struct rwlock *lock;
4492         struct md_page *pvh;
4493         pmap_t pmap;
4494         pt_entry_t *pte;
4495         pv_entry_t pv;
4496         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4497
4498         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4499                 return (0);
4500         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4501         rw_rlock(lock);
4502 restart:
4503         count = 0;
4504         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4505                 pmap = PV_PMAP(pv);
4506                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4507                         md_gen = m->md.pv_gen;
4508                         rw_runlock(lock);
4509                         PMAP_LOCK(pmap);
4510                         rw_rlock(lock);
4511                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4512                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4513                                 goto restart;
4514                         }
4515                 }
4516                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4517                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4518                         count++;
4519                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4520         }
4521         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4522                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4523                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4524                         pmap = PV_PMAP(pv);
4525                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4526                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4527                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4528                                 rw_runlock(lock);
4529                                 PMAP_LOCK(pmap);
4530                                 rw_rlock(lock);
4531                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4532                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4533                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4534                                         goto restart;
4535                                 }
4536                         }
4537                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4538                         if (pte != NULL &&
4539                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4540                                 count++;
4541                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4542                 }
4543         }
4544         rw_runlock(lock);
4545         return (count);
4546 }
4547
4548 /*
4549  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4550  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4551  */
4552 bool
4553 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4554 {
4555         struct rwlock *lock;
4556         bool rv;
4557
4558         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4559                 return (false);
4560         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4561         rw_rlock(lock);
4562         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4563             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4564             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4565         rw_runlock(lock);
4566         return (rv);
4567 }
4568
4569 /*
4570  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4571  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4572  * caller.
4573  *
4574  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4575  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4576  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4577  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4578  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4579  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4580  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4581  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4582  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4583  * this function starts.
4584  */
4585 void
4586 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4587 {
4588         pd_entry_t *pde;
4589         pt_entry_t *pte, tpte;
4590         struct spglist free;
4591         vm_page_t m, ml3, mt;
4592         pv_entry_t pv;
4593         struct md_page *pvh;
4594         struct pv_chunk *pc, *npc;
4595         struct rwlock *lock;
4596         int64_t bit;
4597         uint64_t inuse, bitmask;
4598         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4599         vm_paddr_t pa;
4600
4601         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4602
4603         lock = NULL;
4604
4605         SLIST_INIT(&free);
4606         PMAP_LOCK(pmap);
4607         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4608                 allfree = 1;
4609                 freed = 0;
4610                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4611                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4612                         while (inuse != 0) {
4613                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4614                                 bitmask = 1UL << bit;
4615                                 idx = field * 64 + bit;
4616                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4617                                 inuse &= ~bitmask;
4618
4619                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4620                                 KASSERT(pde != NULL,
4621                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4622
4623                                 switch(lvl) {
4624                                 case 1:
4625                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4626                                         tpte = pmap_load(pte); 
4627                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4628                                             L2_BLOCK,
4629                                             ("Attempting to remove an invalid "
4630                                             "block: %lx", tpte));
4631                                         break;
4632                                 case 2:
4633                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4634                                         tpte = pmap_load(pte);
4635                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4636                                             L3_PAGE,
4637                                             ("Attempting to remove an invalid "
4638                                              "page: %lx", tpte));
4639                                         break;
4640                                 default:
4641                                         panic(
4642                                             "Invalid page directory level: %d",
4643                                             lvl);
4644                                 }
4645
4646 /*
4647  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4648  */
4649                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4650                                         allfree = 0;
4651                                         continue;
4652                                 }
4653
4654                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4655
4656                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4657                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4658                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4659                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4660                                     (uintmax_t)tpte));
4661
4662                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4663                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4664                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4665                                     (uintmax_t)tpte));
4666
4667                                 /*
4668                                  * Because this pmap is not active on other
4669                                  * processors, the dirty bit cannot have
4670                                  * changed state since we last loaded pte.
4671                                  */
4672                                 pmap_clear(pte);
4673
4674                                 /*
4675                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4676                                  */
4677                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
4678                                         switch (lvl) {
4679                                         case 1:
4680                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4681                                                         vm_page_dirty(mt);
4682                                                 break;
4683                                         case 2:
4684                                                 vm_page_dirty(m);
4685                                                 break;
4686                                         }
4687                                 }
4688
4689                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4690
4691                                 /* Mark free */
4692                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4693                                 switch (lvl) {
4694                                 case 1:
4695                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4696                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4697                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4698                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4699                                         pvh->pv_gen++;
4700                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4701                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4702                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4703                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4704                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4705                                         }
4706                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4707                                             pv->pv_va);
4708                                         if (ml3 != NULL) {
4709                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4710                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4711                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4712                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
4713                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
4714                                                 ml3->ref_count = 0;
4715                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4716                                                     &free, FALSE);
4717                                         }
4718                                         break;
4719                                 case 2:
4720                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4721                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4722                                             pv_next);
4723                                         m->md.pv_gen++;
4724                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4725                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4726                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4727                                                 pvh = pa_to_pvh(
4728                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4729                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4730                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4731                                                             PGA_WRITEABLE);
4732                                         }
4733                                         break;
4734                                 }
4735                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4736                                     &free);
4737                                 freed++;
4738                         }
4739                 }
4740                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4741                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4742                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4743                 if (allfree) {
4744                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4745                         free_pv_chunk(pc);
4746                 }
4747         }
4748         if (lock != NULL)
4749                 rw_wunlock(lock);
4750         pmap_invalidate_all(pmap);
4751         PMAP_UNLOCK(pmap);
4752         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4753 }
4754
4755 /*
4756  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
4757  */
4758 static boolean_t
4759 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4760 {
4761         struct rwlock *lock;
4762         pv_entry_t pv;
4763         struct md_page *pvh;
4764         pt_entry_t *pte, mask, value;
4765         pmap_t pmap;
4766         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4767         boolean_t rv;
4768
4769         rv = FALSE;
4770         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4771         rw_rlock(lock);
4772 restart:
4773         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4774                 pmap = PV_PMAP(pv);
4775                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4776                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4777                         md_gen = m->md.pv_gen;
4778                         rw_runlock(lock);
4779                         PMAP_LOCK(pmap);
4780                         rw_rlock(lock);
4781                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4782                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4783                                 goto restart;
4784                         }
4785                 }
4786                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4787                 KASSERT(lvl == 3,
4788                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4789                 mask = 0;
4790                 value = 0;
4791                 if (modified) {
4792                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4793                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4794                 }
4795                 if (accessed) {
4796                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4797                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
4798                 }
4799                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4800                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4801                 if (rv)
4802                         goto out;
4803         }
4804         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4805                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4806                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4807                         pmap = PV_PMAP(pv);
4808                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4809                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4810                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4811                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4812                                 rw_runlock(lock);
4813                                 PMAP_LOCK(pmap);
4814                                 rw_rlock(lock);
4815                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4816                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4817                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4818                                         goto restart;
4819                                 }
4820                         }
4821                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4822                         KASSERT(lvl == 2,
4823                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4824                         mask = 0;
4825                         value = 0;
4826                         if (modified) {
4827                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4828                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4829                         }
4830                         if (accessed) {
4831                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4832                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
4833                         }
4834                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4835                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4836                         if (rv)
4837                                 goto out;
4838                 }
4839         }
4840 out:
4841         rw_runlock(lock);
4842         return (rv);
4843 }
4844
4845 /*
4846  *      pmap_is_modified:
4847  *
4848  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4849  *      in any physical maps.
4850  */
4851 boolean_t
4852 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4853 {
4854
4855         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4856             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4857
4858         /*
4859          * If the page is not busied then this check is racy.
4860          */
4861         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4862                 return (FALSE);
4863         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
4864 }
4865
4866 /*
4867  *      pmap_is_prefaultable:
4868  *
4869  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
4870  *      for prefault.
4871  */
4872 boolean_t
4873 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4874 {
4875         pt_entry_t *pte;
4876         boolean_t rv;
4877         int lvl;
4878
4879         rv = FALSE;
4880         PMAP_LOCK(pmap);
4881         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
4882         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
4883                 rv = TRUE;
4884         }
4885         PMAP_UNLOCK(pmap);
4886         return (rv);
4887 }
4888
4889 /*
4890  *      pmap_is_referenced:
4891  *
4892  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4893  *      in any physical maps.
4894  */
4895 boolean_t
4896 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4897 {
4898
4899         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4900             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4901         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
4902 }
4903
4904 /*
4905  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4906  */
4907 void
4908 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4909 {
4910         struct md_page *pvh;
4911         pmap_t pmap;
4912         struct rwlock *lock;
4913         pv_entry_t next_pv, pv;
4914         pt_entry_t oldpte, *pte;
4915         vm_offset_t va;
4916         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4917
4918         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4919             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4920         vm_page_assert_busied(m);
4921
4922         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4923                 return;
4924         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4925         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4926             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4927 retry_pv_loop:
4928         rw_wlock(lock);
4929         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4930                 pmap = PV_PMAP(pv);
4931                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4932                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4933                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4934                         rw_wunlock(lock);
4935                         PMAP_LOCK(pmap);
4936                         rw_wlock(lock);
4937                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4938                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4939                                 rw_wunlock(lock);
4940                                 goto retry_pv_loop;
4941                         }
4942                 }
4943                 va = pv->pv_va;
4944                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4945                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
4946                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
4947                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4948                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4949                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4950                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4951         }
4952         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4953                 pmap = PV_PMAP(pv);
4954                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4955                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4956                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4957                         md_gen = m->md.pv_gen;
4958                         rw_wunlock(lock);
4959                         PMAP_LOCK(pmap);
4960                         rw_wlock(lock);
4961                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4962                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4963                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4964                                 rw_wunlock(lock);
4965                                 goto retry_pv_loop;
4966                         }
4967                 }
4968                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4969                 oldpte = pmap_load(pte);
4970 retry:
4971                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
4972                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
4973                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
4974                                 goto retry;
4975                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
4976                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
4977                                 vm_page_dirty(m);
4978                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4979                 }
4980                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4981         }
4982         rw_wunlock(lock);
4983         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4984 }
4985
4986 /*
4987  *      pmap_ts_referenced:
4988  *
4989  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4990  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4991  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4992  *      reference bits set.
4993  *
4994  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4995  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4996  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4997  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4998  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4999  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5000  *      to pmap_is_modified().
5001  */
5002 int
5003 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5004 {
5005         struct md_page *pvh;
5006         pv_entry_t pv, pvf;
5007         pmap_t pmap;
5008         struct rwlock *lock;
5009         pd_entry_t *pde, tpde;
5010         pt_entry_t *pte, tpte;
5011         vm_offset_t va;
5012         vm_paddr_t pa;
5013         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5014         struct spglist free;
5015
5016         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5017             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5018         SLIST_INIT(&free);
5019         cleared = 0;
5020         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5021         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5022         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
5023         rw_wlock(lock);
5024 retry:
5025         not_cleared = 0;
5026         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5027                 goto small_mappings;
5028         pv = pvf;
5029         do {
5030                 if (pvf == NULL)
5031                         pvf = pv;
5032                 pmap = PV_PMAP(pv);
5033                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5034                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5035                         rw_wunlock(lock);
5036                         PMAP_LOCK(pmap);
5037                         rw_wlock(lock);
5038                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5039                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5040                                 goto retry;
5041                         }
5042                 }
5043                 va = pv->pv_va;
5044                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5045                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5046                 KASSERT(lvl == 1,
5047                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5048                 tpde = pmap_load(pde);
5049                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5050                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5051                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5052                 tpte = pmap_load(pte);
5053                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5054                         /*
5055                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5056                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5057                          * we only update the 4KB page under test.
5058                          */
5059                         vm_page_dirty(m);
5060                 }
5061
5062                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5063                         /*
5064                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5065                          * it should not be cleared every time it is tested.
5066                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5067                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5068                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5069                          * which testing the reference bit will result in
5070                          * clearing that reference bit.  This function is
5071                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5072                          * for every 2MB page mapping.
5073                          *
5074                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5075                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5076                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5077                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5078                          * since the superpage is wired, the current state of
5079                          * its reference bit won't affect page replacement.
5080                          */
5081                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5082                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5083                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5084                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5085                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5086                                 cleared++;
5087                         } else
5088                                 not_cleared++;
5089                 }
5090                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5091                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5092                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5093                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5094                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5095                         pvh->pv_gen++;
5096                 }
5097                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5098                         goto out;
5099         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5100 small_mappings:
5101         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5102                 goto out;
5103         pv = pvf;
5104         do {
5105                 if (pvf == NULL)
5106                         pvf = pv;
5107                 pmap = PV_PMAP(pv);
5108                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5109                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5110                         md_gen = m->md.pv_gen;
5111                         rw_wunlock(lock);
5112                         PMAP_LOCK(pmap);
5113                         rw_wlock(lock);
5114                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5115                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5116                                 goto retry;
5117                         }
5118                 }
5119                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5120                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5121                 KASSERT(lvl == 2,
5122                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5123                 tpde = pmap_load(pde);
5124                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5125                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5126                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5127                 tpte = pmap_load(pte);
5128                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5129                         vm_page_dirty(m);
5130                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5131                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5132                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5133                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5134                                 cleared++;
5135                         } else
5136                                 not_cleared++;
5137                 }
5138                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5139                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5140                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5141                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5142                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5143                         m->md.pv_gen++;
5144                 }
5145         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5146             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5147 out:
5148         rw_wunlock(lock);
5149         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5150         return (cleared + not_cleared);
5151 }
5152
5153 /*
5154  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5155  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5156  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5157  */
5158 void
5159 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5160 {
5161         struct rwlock *lock;
5162         vm_offset_t va, va_next;
5163         vm_page_t m;
5164         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5165         pt_entry_t *l3, oldl3;
5166
5167         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5168
5169         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5170                 return;
5171
5172         PMAP_LOCK(pmap);
5173         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5174                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5175                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5176                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5177                         if (va_next < sva)
5178                                 va_next = eva;
5179                         continue;
5180                 }
5181                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5182                 if (pmap_load(l1) == 0) {
5183                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5184                         if (va_next < sva)
5185                                 va_next = eva;
5186                         continue;
5187                 }
5188                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5189                 if (va_next < sva)
5190                         va_next = eva;
5191                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5192                 oldl2 = pmap_load(l2);
5193                 if (oldl2 == 0)
5194                         continue;
5195                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5196                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5197                                 continue;
5198                         lock = NULL;
5199                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5200                                 if (lock != NULL)
5201                                         rw_wunlock(lock);
5202
5203                                 /*
5204                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5205                                  */
5206                                 continue;
5207                         }
5208
5209                         /*
5210                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5211                          * mapping to a single page so that a subsequent
5212                          * access may repromote.  Choosing the last page
5213                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5214                          * generally results in more repromotions.  Since the
5215                          * underlying page table page is fully populated, this
5216                          * removal never frees a page table page.
5217                          */
5218                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5219                                 va = eva;
5220                                 if (va > va_next)
5221                                         va = va_next;
5222                                 va -= PAGE_SIZE;
5223                                 KASSERT(va >= sva,
5224                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5225                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5226                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5227                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5228                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5229                                     NULL, &lock);
5230                         }
5231                         if (lock != NULL)
5232                                 rw_wunlock(lock);
5233                 }
5234                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5235                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5236                 if (va_next > eva)
5237                         va_next = eva;
5238                 va = va_next;
5239                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5240                     sva += L3_SIZE) {
5241                         oldl3 = pmap_load(l3);
5242                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5243                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5244                                 goto maybe_invlrng;
5245                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5246                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5247                                         /*
5248                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5249                                          * can be avoided by making the page
5250                                          * dirty now.
5251                                          */
5252                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5253                                         vm_page_dirty(m);
5254                                 }
5255                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5256                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5257                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5258                                         cpu_spinwait();
5259                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5260                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5261                         else
5262                                 goto maybe_invlrng;
5263                         if (va == va_next)
5264                                 va = sva;
5265                         continue;
5266 maybe_invlrng:
5267                         if (va != va_next) {
5268                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5269                                 va = va_next;
5270                         }
5271                 }
5272                 if (va != va_next)
5273                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5274         }
5275         PMAP_UNLOCK(pmap);
5276 }
5277
5278 /*
5279  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5280  */
5281 void
5282 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5283 {
5284         struct md_page *pvh;
5285         struct rwlock *lock;
5286         pmap_t pmap;
5287         pv_entry_t next_pv, pv;
5288         pd_entry_t *l2, oldl2;
5289         pt_entry_t *l3, oldl3;
5290         vm_offset_t va;
5291         int md_gen, pvh_gen;
5292
5293         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5294             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5295         vm_page_assert_busied(m);
5296
5297         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5298                 return;
5299         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5300             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5301         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5302         rw_wlock(lock);
5303 restart:
5304         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5305                 pmap = PV_PMAP(pv);
5306                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5307                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5308                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5309                         rw_wunlock(lock);
5310                         PMAP_LOCK(pmap);
5311                         rw_wlock(lock);
5312                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5313                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5314                                 goto restart;
5315                         }
5316                 }
5317                 va = pv->pv_va;
5318                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5319                 oldl2 = pmap_load(l2);
5320                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5321                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5322                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5323                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5324                         /*
5325                          * Write protect the mapping to a single page so that
5326                          * a subsequent write access may repromote.
5327                          */
5328                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5329                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5330                         oldl3 = pmap_load(l3);
5331                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5332                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5333                                 cpu_spinwait();
5334                         vm_page_dirty(m);
5335                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5336                 }
5337                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5338         }
5339         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5340                 pmap = PV_PMAP(pv);
5341                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5342                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5343                         md_gen = m->md.pv_gen;
5344                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5345                         rw_wunlock(lock);
5346                         PMAP_LOCK(pmap);
5347                         rw_wlock(lock);
5348                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5349                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5350                                 goto restart;
5351                         }
5352                 }
5353                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5354                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5355                 oldl3 = pmap_load(l3);
5356                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5357                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5358                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5359                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5360                 }
5361                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5362         }
5363         rw_wunlock(lock);
5364 }
5365
5366 void *
5367 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5368 {
5369         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5370         vm_offset_t va, offset;
5371         pd_entry_t *pde;
5372         pt_entry_t *l2;
5373         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5374
5375         if (!vm_initialized) {
5376                 /*
5377                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5378                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5379                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5380                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5381                  */
5382                  if (size == 0)
5383                          return (NULL);
5384
5385                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5386                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5387                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5388
5389                 offset = pa & L2_OFFSET;
5390
5391                 if (preinit_map_va == 0)
5392                         return (NULL);
5393
5394                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5395
5396                 free_l2_count = 0;
5397                 start_idx = -1;
5398                 /* Find enough free contiguous VA space */
5399                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5400                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5401                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5402                                 /* Not enough space here */
5403                                 free_l2_count = 0;
5404                                 start_idx = -1;
5405                                 continue;
5406                         }
5407
5408                         if (ppim->pa == 0) {
5409                                 /* Free L2 block */
5410                                 if (start_idx == -1)
5411                                         start_idx = i;
5412                                 free_l2_count++;
5413                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5414                                         break;
5415                         }
5416                 }
5417                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5418                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5419
5420                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5421                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5422                         /* Mark entries as allocated */
5423                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5424                         ppim->pa = pa;
5425                         ppim->va = va + offset;
5426                         ppim->size = size;
5427                 }
5428
5429                 /* Map L2 blocks */
5430                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5431                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5432                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5433                         KASSERT(pde != NULL,
5434                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5435                             va));
5436                         KASSERT(lvl == 1,
5437                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5438
5439                         /* Insert L2_BLOCK */
5440                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5441                         pmap_load_store(l2,
5442                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5443                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5444
5445                         va += L2_SIZE;
5446                         pa += L2_SIZE;
5447                 }
5448                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5449
5450                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5451
5452         } else {
5453                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5454                 offset = pa & PAGE_MASK;
5455                 size = round_page(offset + size);
5456
5457                 va = kva_alloc(size);
5458                 if (va == 0)
5459                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5460
5461                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5462                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5463
5464                 /* L3 table is linked */
5465                 va = trunc_page(va);
5466                 pa = trunc_page(pa);
5467                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
5468         }
5469
5470         return ((void *)(va + offset));
5471 }
5472
5473 void
5474 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5475 {
5476         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5477         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5478         pd_entry_t *pde;
5479         pt_entry_t *l2;
5480         int i, lvl, l2_blocks, block;
5481         bool preinit_map;
5482
5483         l2_blocks =
5484            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5485         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5486
5487         /* Remove preinit mapping */
5488         preinit_map = false;
5489         block = 0;
5490         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5491                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5492                 if (ppim->va == va) {
5493                         KASSERT(ppim->size == size,
5494                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5495                         ppim->va = 0;
5496                         ppim->pa = 0;
5497                         ppim->size = 0;
5498                         preinit_map = true;
5499                         offset = block * L2_SIZE;
5500                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5501
5502                         /* Remove L2_BLOCK */
5503                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5504                         KASSERT(pde != NULL,
5505                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5506                             va_trunc));
5507                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5508                         pmap_clear(l2);
5509
5510                         if (block == (l2_blocks - 1))
5511                                 break;
5512                         block++;
5513                 }
5514         }
5515         if (preinit_map) {
5516                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5517                 return;
5518         }
5519
5520         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5521         if (vm_initialized) {
5522                 offset = va & PAGE_MASK;
5523                 size = round_page(offset + size);
5524                 va = trunc_page(va);
5525
5526                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5527                 KASSERT(pde != NULL,
5528                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5529                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5530
5531                 /* Unmap and invalidate the pages */
5532                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5533                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5534
5535                 kva_free(va, size);
5536         }
5537 }
5538
5539 /*
5540  * Sets the memory attribute for the specified page.
5541  */
5542 void
5543 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5544 {
5545
5546         m->md.pv_memattr = ma;
5547
5548         /*
5549          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5550          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5551          * required for data coherence.
5552          */
5553         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5554             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5555             m->md.pv_memattr) != 0)
5556                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5557 }
5558
5559 /*
5560  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5561  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5562  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5563  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5564  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5565  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5566  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5567  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5568  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5569  * same physical page have different memory types.
5570  *
5571  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5572  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5573  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5574  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5575  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5576  * virtual address range or the direct map.
5577  */
5578 int
5579 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5580 {
5581         int error;
5582
5583         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5584         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5585         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5586         return (error);
5587 }
5588
5589 static int
5590 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5591 {
5592         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5593         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5594         int lvl;
5595
5596         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5597         base = trunc_page(va);
5598         offset = va & PAGE_MASK;
5599         size = round_page(offset + size);
5600
5601         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
5602             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
5603                 return (EINVAL);
5604
5605         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5606                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5607                 if (pte == NULL)
5608                         return (EINVAL);
5609
5610                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
5611                         /*
5612                          * We already have the correct attribute,
5613                          * ignore this entry.
5614                          */
5615                         switch (lvl) {
5616                         default:
5617                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5618                         case 1:
5619                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5620                                 break;
5621                         case 2:
5622                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5623                                 break;
5624                         case 3:
5625                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5626                                 break;
5627                         }
5628                 } else {
5629                         /*
5630                          * Split the entry to an level 3 table, then
5631                          * set the new attribute.
5632                          */
5633                         switch (lvl) {
5634                         default:
5635                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5636                         case 1:
5637                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5638                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5639                                 if (newpte == NULL)
5640                                         return (EINVAL);
5641                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5642                         case 2:
5643                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5644                                     tmpva);
5645                                 if (newpte == NULL)
5646                                         return (EINVAL);
5647                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5648                         case 3:
5649                                 /* Update the entry */
5650                                 l3 = pmap_load(pte);
5651                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
5652                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
5653                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
5654                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
5655
5656                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5657                                     PAGE_SIZE);
5658
5659                                 /*
5660                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5661                                  * the cache.
5662                                  */
5663                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5664                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5665
5666                                 break;
5667                         }
5668                         tmpva += PAGE_SIZE;
5669                 }
5670         }
5671
5672         return (0);
5673 }
5674
5675 /*
5676  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5677  */
5678 static pt_entry_t *
5679 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5680 {
5681         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5682         vm_offset_t tmpl1;
5683         vm_paddr_t l2phys, phys;
5684         vm_page_t ml2;
5685         int i;
5686
5687         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5688         oldl1 = pmap_load(l1);
5689         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5690             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5691         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5692             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5693         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5694             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5695
5696         tmpl1 = 0;
5697         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5698                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5699                 if (tmpl1 == 0)
5700                         return (NULL);
5701         }
5702
5703         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5704             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5705                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5706                     " in pmap %p", va, pmap);
5707                 return (NULL);
5708         }
5709
5710         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5711         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5712
5713         /* Address the range points at */
5714         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5715         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5716         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5717
5718         /* Create the new entries */
5719         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5720                 l2[i] = newl2 | phys;
5721                 phys += L2_SIZE;
5722         }
5723         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5724             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5725             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5726
5727         if (tmpl1 != 0) {
5728                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5729                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
5730                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5731                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5732         }
5733
5734         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5735
5736         if (tmpl1 != 0) {
5737                 pmap_kremove(tmpl1);
5738                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5739         }
5740
5741         return (l2);
5742 }
5743
5744 static void
5745 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5746 {
5747         pt_entry_t *l3;
5748
5749         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5750                 *l3 = newl3;
5751                 newl3 += L3_SIZE;
5752         }
5753 }
5754
5755 static void
5756 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
5757     struct rwlock **lockp)
5758 {
5759         struct spglist free;
5760
5761         SLIST_INIT(&free);
5762         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
5763             lockp);
5764         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5765 }
5766
5767 /*
5768  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
5769  */
5770 static pt_entry_t *
5771 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
5772     struct rwlock **lockp)
5773 {
5774         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
5775         vm_offset_t tmpl2;
5776         vm_paddr_t l3phys;
5777         vm_page_t ml3;
5778
5779         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5780         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5781         l3 = NULL;
5782         oldl2 = pmap_load(l2);
5783         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
5784             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
5785         va &= ~L2_OFFSET;
5786
5787         tmpl2 = 0;
5788         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
5789                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5790                 if (tmpl2 == 0)
5791                         return (NULL);
5792         }
5793
5794         /*
5795          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5796          * mapping was never accessed.
5797          */
5798         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
5799                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5800                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
5801                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5802                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
5803                     va, pmap);
5804                 goto fail;
5805         }
5806
5807         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
5808                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5809                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
5810                     " is missing"));
5811
5812                 /*
5813                  * If the page table page is missing and the mapping
5814                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5815                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5816                  * for every other part of the kernel address space,
5817                  * so the direct map region is the only part of the
5818                  * kernel address space that must be handled here.
5819                  */
5820                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
5821                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
5822
5823                 /*
5824                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5825                  * region of the kernel's address space, then the page
5826                  * allocation request specifies the highest possible
5827                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5828                  * priority is normal.
5829                  */
5830                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
5831                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5832                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5833
5834                 /*
5835                  * If the allocation of the new page table page fails,
5836                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5837                  */
5838                 if (ml3 == NULL) {
5839                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5840                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
5841                             " in pmap %p", va, pmap);
5842                         goto fail;
5843                 }
5844
5845                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5846                         ml3->ref_count = NL3PG;
5847                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5848                 }
5849         }
5850         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
5851         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
5852         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
5853         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
5854             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
5855             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
5856
5857         /*
5858          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5859          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
5860          *
5861          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
5862          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
5863          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
5864          */
5865         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
5866                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
5867
5868         /*
5869          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
5870          */
5871         if (tmpl2 != 0) {
5872                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
5873                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
5874                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5875                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
5876         }
5877
5878         /*
5879          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5880          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5881          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
5882          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5883          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
5884          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5885          */
5886         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5887                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
5888
5889         /*
5890          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
5891          * the 2MB page mapping.
5892          */
5893         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5894
5895         /*
5896          * Demote the PV entry.
5897          */
5898         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5899                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
5900
5901         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
5902         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
5903             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
5904
5905 fail:
5906         if (tmpl2 != 0) {
5907                 pmap_kremove(tmpl2);
5908                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
5909         }
5910
5911         return (l3);
5912
5913 }
5914
5915 static pt_entry_t *
5916 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
5917 {
5918         struct rwlock *lock;
5919         pt_entry_t *l3;
5920
5921         lock = NULL;
5922         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
5923         if (lock != NULL)
5924                 rw_wunlock(lock);
5925         return (l3);
5926 }
5927
5928 /*
5929  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5930  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5931  * find other mappings.
5932  */
5933 int
5934 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5935 {
5936         pt_entry_t *pte, tpte;
5937         vm_paddr_t mask, pa;
5938         int lvl, val;
5939         bool managed;
5940
5941         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5942         PMAP_LOCK(pmap);
5943         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5944         if (pte != NULL) {
5945                 tpte = pmap_load(pte);
5946
5947                 switch (lvl) {
5948                 case 3:
5949                         mask = L3_OFFSET;
5950                         break;
5951                 case 2:
5952                         mask = L2_OFFSET;
5953                         break;
5954                 case 1:
5955                         mask = L1_OFFSET;
5956                         break;
5957                 default:
5958                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
5959                 }
5960
5961                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
5962                 val = MINCORE_INCORE;
5963                 if (lvl != 3)
5964                         val |= MINCORE_SUPER;
5965                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
5966                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
5967                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5968                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
5969                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5970
5971                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
5972         } else {
5973                 managed = false;
5974                 val = 0;
5975         }
5976
5977         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5978             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
5979                 *pap = pa;
5980         }
5981         PMAP_UNLOCK(pmap);
5982         return (val);
5983 }
5984
5985 /*
5986  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
5987  * reserved.
5988  */
5989 static void
5990 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
5991 {
5992         pmap_t curpmap;
5993         int asid, cpuid, epoch;
5994         struct asid_set *set;
5995         enum pmap_stage stage;
5996
5997         set = pmap->pm_asid_set;
5998         stage = pmap->pm_stage;
5999
6000         set = pmap->pm_asid_set;
6001         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6002         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6003
6004         /*
6005          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6006          * loads from pc_curpmap are performed.
6007          */
6008         epoch = set->asid_epoch + 1;
6009         if (epoch == INT_MAX)
6010                 epoch = 0;
6011         set->asid_epoch = epoch;
6012         dsb(ishst);
6013         if (stage == PM_STAGE1) {
6014                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6015         } else {
6016                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6017                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6018                     __func__));
6019                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6020         }
6021         dsb(ish);
6022         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6023             set->asid_set_size - 1);
6024         CPU_FOREACH(cpuid) {
6025                 if (cpuid == curcpu)
6026                         continue;
6027                 if (stage == PM_STAGE1) {
6028                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6029                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6030                 } else {
6031                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6032                         if (curpmap == NULL)
6033                                 continue;
6034                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6035                 }
6036                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6037                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6038                 if (asid == -1)
6039                         continue;
6040                 bit_set(set->asid_set, asid);
6041                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6042         }
6043 }
6044
6045 /*
6046  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6047  */
6048 static void
6049 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6050 {
6051         struct asid_set *set;
6052         int new_asid;
6053
6054         set = pmap->pm_asid_set;
6055         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6056
6057         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6058
6059         /*
6060          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6061          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6062          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6063          * don't need to allocate a new ASID.
6064          */
6065         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6066                 goto out;
6067
6068         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6069             &new_asid);
6070         if (new_asid == -1) {
6071                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6072                     set->asid_next, &new_asid);
6073                 if (new_asid == -1) {
6074                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6075                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6076                             set->asid_set_size, &new_asid);
6077                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6078                 }
6079         }
6080         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6081         set->asid_next = new_asid + 1;
6082         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6083 out:
6084         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6085 }
6086
6087 /*
6088  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6089  * pmap.  This value may change from time to time.
6090  */
6091 uint64_t
6092 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6093 {
6094
6095         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6096             pmap->pm_l0_paddr);
6097 }
6098
6099 static bool
6100 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6101 {
6102         struct asid_set *set;
6103         int epoch;
6104
6105         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6106         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6107
6108         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6109             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6110                 /*
6111                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6112                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6113                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6114                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6115                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6116                  * instructions performed on the old processor have completed.
6117                  */
6118                 dsb(ish);
6119                 return (false);
6120         }
6121
6122         set = pmap->pm_asid_set;
6123         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6124
6125         /*
6126          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6127          * load from asid_epoch is performed.
6128          */
6129         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6130                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6131         else
6132                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6133         dsb(ish);
6134         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6135         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6136                 pmap_alloc_asid(pmap);
6137
6138         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6139                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6140                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6141                         invalidate_local_icache();
6142         }
6143         return (true);
6144 }
6145
6146 void
6147 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6148 {
6149
6150         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6151
6152         (void)pmap_activate_int(pmap);
6153 }
6154
6155 void
6156 pmap_activate(struct thread *td)
6157 {
6158         pmap_t  pmap;
6159
6160         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6161         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6162         critical_enter();
6163         (void)pmap_activate_int(pmap);
6164         critical_exit();
6165 }
6166
6167 /*
6168  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6169  * to cpu_switch().
6170  */
6171 struct pcb *
6172 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6173 {
6174         pcpu_bp_harden bp_harden;
6175         struct pcb *pcb;
6176
6177         /* Store the new curthread */
6178         PCPU_SET(curthread, new);
6179
6180         /* And the new pcb */
6181         pcb = new->td_pcb;
6182         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6183
6184         /*
6185          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6186          * to a user process.
6187          */
6188
6189         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6190                 /*
6191                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6192                  * other processes. This will call into a CPU specific
6193                  * function that clears the branch predictor state.
6194                  */
6195                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6196                 if (bp_harden != NULL)
6197                         bp_harden();
6198         }
6199
6200         return (pcb);
6201 }
6202
6203 void
6204 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6205 {
6206
6207         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6208         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6209                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6210         } else {
6211                 u_int len, offset;
6212                 vm_paddr_t pa;
6213
6214                 /* Find the length of data in this page to flush */
6215                 offset = va & PAGE_MASK;
6216                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6217
6218                 while (sz != 0) {
6219                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6220                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6221                         if (pa != 0)
6222                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6223
6224                         /* Move to the next page */
6225                         sz -= len;
6226                         va += len;
6227                         /* Set the length for the next iteration */
6228                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6229                 }
6230         }
6231 }
6232
6233 static int
6234 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6235 {
6236         pd_entry_t *pdep;
6237         pt_entry_t *ptep, pte;
6238         int rv, lvl, dfsc;
6239
6240         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6241         rv = KERN_FAILURE;
6242
6243         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6244         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6245         switch (dfsc) {
6246         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6247         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6248         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6249         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6250                 PMAP_LOCK(pmap);
6251                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6252                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6253                         PMAP_LOCK(pmap);
6254                         break;
6255                 }
6256
6257                 switch (lvl) {
6258                 case 0:
6259                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6260                         break;
6261                 case 1:
6262                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6263                         break;
6264                 case 2:
6265                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6266                         break;
6267                 default:
6268                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6269                 }
6270                 goto fault_exec;
6271
6272         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6273         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6274         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6275                 PMAP_LOCK(pmap);
6276                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6277 fault_exec:
6278                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6279                         if (icache_vmid) {
6280                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6281                         } else {
6282                                 /*
6283                                  * If accessing an executable page invalidate
6284                                  * the I-cache so it will be valid when we
6285                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6286                                  * is assumed to already be clean to the Point
6287                                  * of Coherency.
6288                                  */
6289                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6290                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6291                                         invalidate_icache();
6292                                 }
6293                         }
6294                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6295                         rv = KERN_SUCCESS;
6296                 }
6297                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6298                 break;
6299         }
6300
6301         return (rv);
6302 }
6303
6304 int
6305 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6306 {
6307         pt_entry_t pte, *ptep;
6308         register_t intr;
6309         uint64_t ec, par;
6310         int lvl, rv;
6311
6312         rv = KERN_FAILURE;
6313
6314         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6315         switch (ec) {
6316         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6317         case EXCP_INSN_ABORT:
6318         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6319         case EXCP_DATA_ABORT:
6320                 break;
6321         default:
6322                 return (rv);
6323         }
6324
6325         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6326                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6327
6328         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6329         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6330         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6331         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6332         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6333                 PMAP_LOCK(pmap);
6334                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6335                 if (ptep != NULL) {
6336                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6337                         rv = KERN_SUCCESS;
6338                         /*
6339                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6340                          * dirty if this is a write fault.
6341                          */
6342                 }
6343                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6344                 break;
6345         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6346         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6347         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6348                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6349                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6350                         return (rv);
6351                 PMAP_LOCK(pmap);
6352                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6353                 if (ptep != NULL &&
6354                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6355                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6356                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6357                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6358                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6359                         }
6360                         rv = KERN_SUCCESS;
6361                 }
6362                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6363                 break;
6364         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6365         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6366         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6367         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6368                 /*
6369                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6370                  * produce a transient fault.
6371                  */
6372                 if (pmap == kernel_pmap) {
6373                         /*
6374                          * The translation fault may have occurred within a
6375                          * critical section.  Therefore, we must check the
6376                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6377                          */
6378                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6379                                 rv = KERN_SUCCESS;
6380                 } else {
6381                         PMAP_LOCK(pmap);
6382                         /* Ask the MMU to check the address. */
6383                         intr = intr_disable();
6384                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6385                         intr_restore(intr);
6386                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6387
6388                         /*
6389                          * If the translation was successful, then we can
6390                          * return success to the trap handler.
6391                          */
6392                         if (PAR_SUCCESS(par))
6393                                 rv = KERN_SUCCESS;
6394                 }
6395                 break;
6396         }
6397
6398         return (rv);
6399 }
6400
6401 /*
6402  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6403  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6404  */
6405 void
6406 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6407     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6408 {
6409         vm_offset_t superpage_offset;
6410
6411         if (size < L2_SIZE)
6412                 return;
6413         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6414                 offset += ptoa(object->pg_color);
6415         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6416         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6417             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6418                 return;
6419         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6420                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6421         else
6422                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6423 }
6424
6425 /**
6426  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6427  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6428  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6429  *
6430  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6431  *                    address on the kernel memory map.
6432  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6433  *                    of the pages passed in the page parameter.
6434  * \param count       Number of pages passed in.
6435  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6436  *                    page faults, FALSE otherwise.
6437  *
6438  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6439  *          finished or FALSE otherwise.
6440  *
6441  */
6442 boolean_t
6443 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6444     boolean_t can_fault)
6445 {
6446         vm_paddr_t paddr;
6447         boolean_t needs_mapping;
6448         int error, i;
6449
6450         /*
6451          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6452          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6453          */
6454         needs_mapping = FALSE;
6455         for (i = 0; i < count; i++) {
6456                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6457                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6458                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6459                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6460                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6461                         needs_mapping = TRUE;
6462                 } else {
6463                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6464                 }
6465         }
6466
6467         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6468         if (!needs_mapping)
6469                 return (FALSE);
6470
6471         if (!can_fault)
6472                 sched_pin();
6473         for (i = 0; i < count; i++) {
6474                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6475                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6476                         panic(
6477                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6478                 }
6479         }
6480
6481         return (needs_mapping);
6482 }
6483
6484 void
6485 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6486     boolean_t can_fault)
6487 {
6488         vm_paddr_t paddr;
6489         int i;
6490
6491         if (!can_fault)
6492                 sched_unpin();
6493         for (i = 0; i < count; i++) {
6494                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6495                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6496                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6497                 }
6498         }
6499 }
6500
6501 boolean_t
6502 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6503 {
6504
6505         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6506 }
6507
6508 /*
6509  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6510  * in various mapping attributes.
6511  */
6512 struct pmap_kernel_map_range {
6513         vm_offset_t sva;
6514         pt_entry_t attrs;
6515         int l3pages;
6516         int l3contig;
6517         int l2blocks;
6518         int l1blocks;
6519 };
6520
6521 static void
6522 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6523     vm_offset_t eva)
6524 {
6525         const char *mode;
6526         int index;
6527
6528         if (eva <= range->sva)
6529                 return;
6530
6531         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6532         switch (index) {
6533         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6534                 mode = "DEV";
6535                 break;
6536         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6537                 mode = "UC";
6538                 break;
6539         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6540                 mode = "WB";
6541                 break;
6542         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6543                 mode = "WT";
6544                 break;
6545         default:
6546                 printf(
6547                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6548                     __func__, index, range->sva, eva);
6549                 mode = "??";
6550                 break;
6551         }
6552
6553         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6554             range->sva, eva,
6555             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
6556             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6557             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6558             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6559             range->l3pages);
6560
6561         /* Reset to sentinel value. */
6562         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6563 }
6564
6565 /*
6566  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6567  * being tracked by the current range.
6568  */
6569 static bool
6570 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6571 {
6572
6573         return (range->attrs == attrs);
6574 }
6575
6576 static void
6577 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6578     pt_entry_t attrs)
6579 {
6580
6581         memset(range, 0, sizeof(*range));
6582         range->sva = va;
6583         range->attrs = attrs;
6584 }
6585
6586 /*
6587  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6588  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6589  * begin a new run.
6590  */
6591 static void
6592 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6593     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
6594     pt_entry_t l3e)
6595 {
6596         pt_entry_t attrs;
6597
6598         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6599         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6600         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
6601                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6602         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6603         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
6604                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6605         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
6606
6607         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6608                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6609                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6610         }
6611 }
6612
6613 static int
6614 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6615 {
6616         struct pmap_kernel_map_range range;
6617         struct sbuf sbuf, *sb;
6618         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
6619         pt_entry_t *l3, l3e;
6620         vm_offset_t sva;
6621         vm_paddr_t pa;
6622         int error, i, j, k, l;
6623
6624         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6625         if (error != 0)
6626                 return (error);
6627         sb = &sbuf;
6628         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6629
6630         /* Sentinel value. */
6631         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
6632
6633         /*
6634          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
6635          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
6636          * observe inconsistencies in the output.
6637          */
6638         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
6639             i++) {
6640                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
6641                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
6642                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
6643                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
6644
6645                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
6646                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6647                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6648                         sva += L0_SIZE;
6649                         continue;
6650                 }
6651                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
6652                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6653
6654                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
6655                         l1e = l1[j];
6656                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6657                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6658                                 sva += L1_SIZE;
6659                                 continue;
6660                         }
6661                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6662                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
6663                                     0, 0);
6664                                 range.l1blocks++;
6665                                 sva += L1_SIZE;
6666                                 continue;
6667                         }
6668                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
6669                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6670
6671                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
6672                                 l2e = l2[k];
6673                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6674                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6675                                         sva += L2_SIZE;
6676                                         continue;
6677                                 }
6678                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6679                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6680                                             l0e, l1e, l2e, 0);
6681                                         range.l2blocks++;
6682                                         sva += L2_SIZE;
6683                                         continue;
6684                                 }
6685                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
6686                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6687
6688                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
6689                                     l++, sva += L3_SIZE) {
6690                                         l3e = l3[l];
6691                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6692                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
6693                                                     sva);
6694                                                 continue;
6695                                         }
6696                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6697                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
6698                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
6699                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
6700                                                     1 : 0;
6701                                         else
6702                                                 range.l3pages++;
6703                                 }
6704                         }
6705                 }
6706         }
6707
6708         error = sbuf_finish(sb);
6709         sbuf_delete(sb);
6710         return (error);
6711 }
6712 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
6713     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
6714     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
6715     "Dump kernel address layout");