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