]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
arm64: Remove a racy KASSERT from pmap_remove_pages()
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/vm_dumpset.h>
147 #include <vm/uma.h>
148
149 #include <machine/machdep.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
154 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
155
156 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
159 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
160
161 #define NUL0E           L0_ENTRIES
162 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
163 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
182 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
183 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
184
185 static struct md_page *
186 pa_to_pvh(vm_paddr_t pa)
187 {
188         struct vm_phys_seg *seg;
189         int segind;
190
191         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
192                 seg = &vm_phys_segs[segind];
193                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
194                         return ((struct md_page *)seg->md_first +
195                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
196         }
197         panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
198 }
199
200 static struct md_page *
201 page_to_pvh(vm_page_t m)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204
205         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
206         return ((struct md_page *)seg->md_first +
207             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
208 }
209
210 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
211
212 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
213                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
214
215 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
216         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
217         struct rwlock *_new_lock;                       \
218                                                         \
219         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
220         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
221                 if (*_lockp != NULL)                    \
222                         rw_wunlock(*_lockp);            \
223                 *_lockp = _new_lock;                    \
224                 rw_wlock(*_lockp);                      \
225         }                                               \
226 } while (0)
227
228 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
229                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
230
231 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
232         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
233                                                         \
234         if (*_lockp != NULL) {                          \
235                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
236                 *_lockp = NULL;                         \
237         }                                               \
238 } while (0)
239
240 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
241                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
242
243 /*
244  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
245  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
246  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
247  *
248  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
249  * as a software managed bit.
250  */
251 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
252
253 struct pmap kernel_pmap_store;
254
255 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
256 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
257 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
258 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
259 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
260
261 /*
262  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
263  * Always map entire L2 block for simplicity.
264  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
265  */
266 static struct pmap_preinit_mapping {
267         vm_paddr_t      pa;
268         vm_offset_t     va;
269         vm_size_t       size;
270 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
271
272 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
273 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
274 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
275
276 /*
277  * Data for the pv entry allocation mechanism.
278  */
279 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
280 static struct mtx pv_chunks_mutex;
281 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
282 static struct md_page *pv_table;
283 static struct md_page pv_dummy;
284
285 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
286 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
287 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
288
289 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
290 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
291 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
292
293 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
294 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
295
296 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
297 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
298 static u_int physmap_idx;
299
300 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
301     "VM/pmap parameters");
302
303 /*
304  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
305  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
306  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
307  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
308  * ASIDs that are not currently active on a processor.
309  *
310  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
311  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
312  * below.
313  */
314 struct asid_set {
315         int asid_bits;
316         bitstr_t *asid_set;
317         int asid_set_size;
318         int asid_next;
319         int asid_epoch;
320         struct mtx asid_set_mutex;
321 };
322
323 static struct asid_set asids;
324 static struct asid_set vmids;
325
326 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
327     "ASID allocator");
328 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
329     "The number of bits in an ASID");
330 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
331     "The last allocated ASID plus one");
332 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
333     "The current epoch number");
334
335 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
336 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
337     "The number of bits in an VMID");
338 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
339     "The last allocated VMID plus one");
340 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
341     "The current epoch number");
342
343 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
344 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
345
346 /*
347  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
348  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
349  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
350  *
351  * An invalid ASID is represented by -1.
352  *
353  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
354  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
355  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
356  * allocated when the pmap is next activated.
357  */
358 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
359                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
360 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
361 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
362
363 static int superpages_enabled = 1;
364 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
365     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
366     "Are large page mappings enabled?");
367
368 /*
369  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
370  */
371 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
372 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
373
374 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
375 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
376 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
377 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
378 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
379 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
380                     vm_offset_t va);
381
382 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
383 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
384 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
385 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
386 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
387 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
388     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
389 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
390 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
391     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
392 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
393     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
394 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
395     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
396 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
397     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
398 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
399 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
400     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
401
402 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
403                 struct rwlock **lockp);
404
405 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
406     struct spglist *free);
407 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
408 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
409
410 /*
411  * These load the old table data and store the new value.
412  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
413  * the same time as the CPU.
414  */
415 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
416 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
417 #define pmap_load(table)                (*table)
418 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
419 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
420 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
421 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
422
423 /********************/
424 /* Inline functions */
425 /********************/
426
427 static __inline void
428 pagecopy(void *s, void *d)
429 {
430
431         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
432 }
433
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437
438         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
439 }
440
441 static __inline pd_entry_t *
442 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
443 {
444         pd_entry_t *l1;
445
446         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
447         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
448 }
449
450 static __inline pd_entry_t *
451 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
452 {
453         pd_entry_t *l0;
454
455         l0 = pmap_l0(pmap, va);
456         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
457                 return (NULL);
458
459         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
460 }
461
462 static __inline pd_entry_t *
463 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
464 {
465         pd_entry_t l1, *l2p;
466
467         l1 = pmap_load(l1p);
468
469         /*
470          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
471          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
472          */
473         KASSERT(va >= VM_MAX_USER_ADDRESS || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
474             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
475         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
476             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
477         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
478         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
479 }
480
481 static __inline pd_entry_t *
482 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
483 {
484         pd_entry_t *l1;
485
486         l1 = pmap_l1(pmap, va);
487         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
488                 return (NULL);
489
490         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
491 }
492
493 static __inline pt_entry_t *
494 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
495 {
496         pd_entry_t l2;
497         pt_entry_t *l3p;
498
499         l2 = pmap_load(l2p);
500
501         /*
502          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
503          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
504          */
505         KASSERT(va >= VM_MAX_USER_ADDRESS || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
506             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
507         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
508             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
509         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
510         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
511 }
512
513 /*
514  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
515  * The next level may or may not point to a valid page or block.
516  */
517 static __inline pd_entry_t *
518 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
519 {
520         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
521
522         l0 = pmap_l0(pmap, va);
523         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
524         if (desc != L0_TABLE) {
525                 *level = -1;
526                 return (NULL);
527         }
528
529         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
530         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
531         if (desc != L1_TABLE) {
532                 *level = 0;
533                 return (l0);
534         }
535
536         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
537         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
538         if (desc != L2_TABLE) {
539                 *level = 1;
540                 return (l1);
541         }
542
543         *level = 2;
544         return (l2);
545 }
546
547 /*
548  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
549  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
550  * the first invalid level.
551  */
552 static __inline pt_entry_t *
553 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
554 {
555         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
556         pt_entry_t *l3;
557
558         l1 = pmap_l1(pmap, va);
559         if (l1 == NULL) {
560                 *level = 0;
561                 return (NULL);
562         }
563         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
564         if (desc == L1_BLOCK) {
565                 *level = 1;
566                 return (l1);
567         }
568
569         if (desc != L1_TABLE) {
570                 *level = 1;
571                 return (NULL);
572         }
573
574         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
575         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
576         if (desc == L2_BLOCK) {
577                 *level = 2;
578                 return (l2);
579         }
580
581         if (desc != L2_TABLE) {
582                 *level = 2;
583                 return (NULL);
584         }
585
586         *level = 3;
587         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
588         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
589                 return (NULL);
590
591         return (l3);
592 }
593
594 bool
595 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
596 {
597
598         return (superpages_enabled != 0);
599 }
600
601 bool
602 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
603     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
604 {
605         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
606
607         if (pmap->pm_l0 == NULL)
608                 return (false);
609
610         l0p = pmap_l0(pmap, va);
611         *l0 = l0p;
612
613         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
614                 return (false);
615
616         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
617         *l1 = l1p;
618
619         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
620                 *l2 = NULL;
621                 *l3 = NULL;
622                 return (true);
623         }
624
625         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
626                 return (false);
627
628         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
629         *l2 = l2p;
630
631         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
632                 *l3 = NULL;
633                 return (true);
634         }
635
636         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
637                 return (false);
638
639         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
640
641         return (true);
642 }
643
644 static __inline int
645 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
646 {
647
648         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
649 }
650
651 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
652
653 static pt_entry_t
654 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
655 {
656         pt_entry_t val;
657
658         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
659                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
660                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
661                         val |= ATTR_S1_XN;
662                 return (val);
663         }
664
665         val = 0;
666
667         switch (memattr) {
668         case VM_MEMATTR_DEVICE:
669                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
670                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
671         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
672                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
673         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
674                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
675         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
676                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
677         default:
678                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
679         }
680 }
681
682 static pt_entry_t
683 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
684 {
685         pt_entry_t val;
686
687         val = 0;
688         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
689                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
690                         val |= ATTR_S1_XN;
691                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
692                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
693         } else {
694                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
695                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
696                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
697                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
698                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
699                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
700         }
701
702         return (val);
703 }
704
705 /*
706  * Checks if the PTE is dirty.
707  */
708 static inline int
709 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
710 {
711
712         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
713
714         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
715                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
716                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
717
718                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
719                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
720         }
721
722         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
723             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
724 }
725
726 static __inline void
727 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
728 {
729
730         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
731         pmap->pm_stats.resident_count += count;
732 }
733
734 static __inline void
735 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
736 {
737
738         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
739         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
740             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
741             pmap->pm_stats.resident_count, count));
742         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
743 }
744
745 static pt_entry_t *
746 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
747     u_int *l2_slot)
748 {
749         pt_entry_t *l2;
750         pd_entry_t *l1;
751
752         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
753         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
754
755         /* Check locore has used a table L1 map */
756         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
757            ("Invalid bootstrap L1 table"));
758         /* Find the address of the L2 table */
759         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
760         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
761
762         return (l2);
763 }
764
765 static vm_paddr_t
766 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
767 {
768         u_int l1_slot, l2_slot;
769         pt_entry_t *l2;
770
771         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
772
773         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
774 }
775
776 static vm_offset_t
777 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
778     vm_offset_t freemempos)
779 {
780         pt_entry_t *l2;
781         vm_offset_t va;
782         vm_paddr_t l2_pa, pa;
783         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
784         int i;
785
786         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
787         dmap_phys_max = 0;
788         dmap_max_addr = 0;
789         l2 = NULL;
790         prev_l1_slot = -1;
791
792 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
793         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
794
795         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
796                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
797                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
798
799                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
800                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
801                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
802                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
803                                 prev_l1_slot = l1_slot;
804                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
805                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
806                                     (vm_offset_t)l2);
807                                 freemempos += PAGE_SIZE;
808
809                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
810                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
811
812                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
813                         }
814                         KASSERT(l2 != NULL,
815                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
816                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
817                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
818                                 /*
819                                  * We are on a boundary, stop to
820                                  * create a level 1 block
821                                  */
822                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
823                                         break;
824
825                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
826                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
827                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
828                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
829                                     ATTR_S1_XN |
830                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
831                                     L2_BLOCK);
832                         }
833                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
834                             ("..."));
835                 }
836
837                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
838                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
839                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
840                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
841                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
842                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
843                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
844                 }
845
846                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
847                 if (pa < physmap[i + 1]) {
848                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
849                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
850                                 prev_l1_slot = l1_slot;
851                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
852                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
853                                     (vm_offset_t)l2);
854                                 freemempos += PAGE_SIZE;
855
856                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
857                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
858
859                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
860                         }
861                         KASSERT(l2 != NULL,
862                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
863                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
864                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
865                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
866                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
867                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
868                                     ATTR_S1_XN |
869                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
870                                     L2_BLOCK);
871                         }
872                 }
873
874                 if (pa > dmap_phys_max) {
875                         dmap_phys_max = pa;
876                         dmap_max_addr = va;
877                 }
878         }
879
880         cpu_tlb_flushID();
881
882         return (freemempos);
883 }
884
885 static vm_offset_t
886 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
887 {
888         vm_offset_t l2pt;
889         vm_paddr_t pa;
890         pd_entry_t *l1;
891         u_int l1_slot;
892
893         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
894
895         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
896         l1_slot = pmap_l1_index(va);
897         l2pt = l2_start;
898
899         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
900                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
901
902                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
903                 pmap_store(&l1[l1_slot],
904                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
905                 l2pt += PAGE_SIZE;
906         }
907
908         /* Clean the L2 page table */
909         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
910
911         return l2pt;
912 }
913
914 static vm_offset_t
915 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
916 {
917         vm_offset_t l3pt;
918         vm_paddr_t pa;
919         pd_entry_t *l2;
920         u_int l2_slot;
921
922         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
923
924         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
925         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
926         l2_slot = pmap_l2_index(va);
927         l3pt = l3_start;
928
929         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
930                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
931
932                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
933                 pmap_store(&l2[l2_slot],
934                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
935                 l3pt += PAGE_SIZE;
936         }
937
938         /* Clean the L2 page table */
939         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
940
941         return l3pt;
942 }
943
944 /*
945  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
946  */
947 void
948 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
949     vm_size_t kernlen)
950 {
951         vm_offset_t freemempos;
952         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
953         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
954         uint64_t kern_delta;
955         int i;
956
957         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
958         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
959             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
960
961         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
962
963         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
964         printf("%lx\n", l1pt);
965         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
966
967         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
968         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
969         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
970         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
971         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
972         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
973         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
974
975         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
976         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
977
978         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
979         physmap_idx /= 2;
980
981         /*
982          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
983          * but may contain empty ranges.
984          */
985         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
986                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
987                         continue;
988                 if (physmap[i] <= min_pa)
989                         min_pa = physmap[i];
990         }
991
992         freemempos = KERNBASE + kernlen;
993         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
994
995         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
996         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
997
998         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
999
1000         /*
1001          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1002          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1003          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1004          */
1005         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
1006         /* And the l3 tables for the early devmap */
1007         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
1008             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
1009
1010         cpu_tlb_flushID();
1011
1012 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1013         (var) = freemempos;                                             \
1014         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
1015         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1016
1017         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1018         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1019         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1020
1021         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1022         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1023         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1024
1025         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1026         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
1027
1028         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1029         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1030         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1031         kernel_vm_end = virtual_avail;
1032
1033         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
1034
1035         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1036
1037         cpu_tlb_flushID();
1038 }
1039
1040 /*
1041  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1042  */
1043 void
1044 pmap_page_init(vm_page_t m)
1045 {
1046
1047         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1048         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1049 }
1050
1051 static void
1052 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1053 {
1054         int i;
1055
1056         set->asid_bits = bits;
1057
1058         /*
1059          * We may be too early in the overall initialization process to use
1060          * bit_alloc().
1061          */
1062         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1063         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1064             M_WAITOK | M_ZERO);
1065         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1066                 bit_set(set->asid_set, i);
1067         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1068         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1069 }
1070
1071 /*
1072  *      Initialize the pmap module.
1073  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1074  *      system needs to map virtual memory.
1075  */
1076 void
1077 pmap_init(void)
1078 {
1079         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1080         struct md_page *pvh;
1081         vm_size_t s;
1082         uint64_t mmfr1;
1083         int i, pv_npg, vmid_bits;
1084
1085         /*
1086          * Are large page mappings enabled?
1087          */
1088         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1089         if (superpages_enabled) {
1090                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1091                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1092                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1093                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1094                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1095                 pagesizes[2] = L1_SIZE;
1096         }
1097
1098         /*
1099          * Initialize the ASID allocator.
1100          */
1101         pmap_init_asids(&asids,
1102             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1103
1104         if (has_hyp()) {
1105                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1106                 vmid_bits = 8;
1107
1108                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1109                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1110                         vmid_bits = 16;
1111                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1112         }
1113
1114         /*
1115          * Initialize the pv chunk list mutex.
1116          */
1117         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1118
1119         /*
1120          * Initialize the pool of pv list locks.
1121          */
1122         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1123                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1124
1125         /*
1126          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1127          */
1128         pv_npg = 0;
1129         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1130                 seg = &vm_phys_segs[i];
1131                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1132                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1133         }
1134
1135         /*
1136          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1137          */
1138         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1139         s = round_page(s);
1140         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1141         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1142                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1143         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1144
1145         /*
1146          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1147          */
1148         for (i = 0, pvh = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1149                 seg = &vm_phys_segs[i];
1150                 seg->md_first = pvh;
1151                 pvh += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1152                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1153
1154                 /*
1155                  * If there is a following segment, and the final
1156                  * superpage of this segment and the initial superpage
1157                  * of the next segment are the same then adjust the
1158                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1159                  * that the pv_table entries will be shared.
1160                  */
1161                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1162                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1163                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1164                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1165                                 pvh--;
1166                         }
1167                 }
1168         }
1169
1170         vm_initialized = 1;
1171 }
1172
1173 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1174     "2MB page mapping counters");
1175
1176 static u_long pmap_l2_demotions;
1177 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1178     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1179
1180 static u_long pmap_l2_mappings;
1181 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1182     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1183
1184 static u_long pmap_l2_p_failures;
1185 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1186     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1187
1188 static u_long pmap_l2_promotions;
1189 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1190     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1191
1192 /*
1193  * Invalidate a single TLB entry.
1194  */
1195 static __inline void
1196 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1197 {
1198         uint64_t r;
1199
1200         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1201
1202         dsb(ishst);
1203         if (pmap == kernel_pmap) {
1204                 r = atop(va);
1205                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1206         } else {
1207                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1208                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1209         }
1210         dsb(ish);
1211         isb();
1212 }
1213
1214 static __inline void
1215 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1216 {
1217         uint64_t end, r, start;
1218
1219         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1220
1221         dsb(ishst);
1222         if (pmap == kernel_pmap) {
1223                 start = atop(sva);
1224                 end = atop(eva);
1225                 for (r = start; r < end; r++)
1226                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1227         } else {
1228                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1229                 start |= atop(sva);
1230                 end |= atop(eva);
1231                 for (r = start; r < end; r++)
1232                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1233         }
1234         dsb(ish);
1235         isb();
1236 }
1237
1238 static __inline void
1239 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1240 {
1241         uint64_t r;
1242
1243         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1244
1245         dsb(ishst);
1246         if (pmap == kernel_pmap) {
1247                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1248         } else {
1249                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1250                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1251         }
1252         dsb(ish);
1253         isb();
1254 }
1255
1256 /*
1257  *      Routine:        pmap_extract
1258  *      Function:
1259  *              Extract the physical page address associated
1260  *              with the given map/virtual_address pair.
1261  */
1262 vm_paddr_t
1263 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1264 {
1265         pt_entry_t *pte, tpte;
1266         vm_paddr_t pa;
1267         int lvl;
1268
1269         pa = 0;
1270         PMAP_LOCK(pmap);
1271         /*
1272          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1273          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1274          */
1275         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1276         if (pte != NULL) {
1277                 tpte = pmap_load(pte);
1278                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1279                 switch(lvl) {
1280                 case 1:
1281                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1282                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1283                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1284                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1285                         break;
1286                 case 2:
1287                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1288                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1289                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1290                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1291                         break;
1292                 case 3:
1293                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1294                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1295                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1296                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1297                         break;
1298                 }
1299         }
1300         PMAP_UNLOCK(pmap);
1301         return (pa);
1302 }
1303
1304 /*
1305  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1306  *      Function:
1307  *              Atomically extract and hold the physical page
1308  *              with the given pmap and virtual address pair
1309  *              if that mapping permits the given protection.
1310  */
1311 vm_page_t
1312 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1313 {
1314         pt_entry_t *pte, tpte;
1315         vm_offset_t off;
1316         vm_page_t m;
1317         int lvl;
1318         bool use;
1319
1320         m = NULL;
1321         PMAP_LOCK(pmap);
1322         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1323         if (pte != NULL) {
1324                 tpte = pmap_load(pte);
1325
1326                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1327                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1328                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1329                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1330                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1331                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1332                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1333
1334                 use = false;
1335                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1336                         use = true;
1337                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1338                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1339                         use = true;
1340                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1341                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1342                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1343                         use = true;
1344
1345                 if (use) {
1346                         switch (lvl) {
1347                         case 1:
1348                                 off = va & L1_OFFSET;
1349                                 break;
1350                         case 2:
1351                                 off = va & L2_OFFSET;
1352                                 break;
1353                         case 3:
1354                         default:
1355                                 off = 0;
1356                         }
1357                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1358                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1359                                 m = NULL;
1360                 }
1361         }
1362         PMAP_UNLOCK(pmap);
1363         return (m);
1364 }
1365
1366 vm_paddr_t
1367 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1368 {
1369         pt_entry_t *pte, tpte;
1370
1371         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1372                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1373         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1374         if (pte == NULL)
1375                 return (0);
1376
1377         /*
1378          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1379          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1380          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1381          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1382          */
1383         tpte = pmap_load(pte);
1384         if (tpte == 0)
1385                 return (0);
1386         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1387                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1388         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1389         tpte = pmap_load(pte);
1390         if (tpte == 0)
1391                 return (0);
1392         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1393                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1394         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1395         tpte = pmap_load(pte);
1396         if (tpte == 0)
1397                 return (0);
1398         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1399 }
1400
1401 /***************************************************
1402  * Low level mapping routines.....
1403  ***************************************************/
1404
1405 void
1406 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1407 {
1408         pd_entry_t *pde;
1409         pt_entry_t *pte, attr;
1410         vm_offset_t va;
1411         int lvl;
1412
1413         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1414            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1415         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1416            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1417         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1418             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1419
1420         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1421             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1422         va = sva;
1423         while (size != 0) {
1424                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1425                 KASSERT(pde != NULL,
1426                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1427                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1428
1429                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1430                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1431
1432                 va += PAGE_SIZE;
1433                 pa += PAGE_SIZE;
1434                 size -= PAGE_SIZE;
1435         }
1436         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1437 }
1438
1439 void
1440 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1441 {
1442
1443         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1444 }
1445
1446 /*
1447  * Remove a page from the kernel pagetables.
1448  */
1449 PMAP_INLINE void
1450 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1451 {
1452         pt_entry_t *pte;
1453         int lvl;
1454
1455         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1456         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1457         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1458
1459         pmap_clear(pte);
1460         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1461 }
1462
1463 void
1464 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1465 {
1466         pt_entry_t *pte;
1467         vm_offset_t va;
1468         int lvl;
1469
1470         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1471            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1472         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1473             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1474
1475         va = sva;
1476         while (size != 0) {
1477                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1478                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1479                 KASSERT(lvl == 3,
1480                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1481                 pmap_clear(pte);
1482
1483                 va += PAGE_SIZE;
1484                 size -= PAGE_SIZE;
1485         }
1486         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1487 }
1488
1489 /*
1490  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1491  *      virtual address space.
1492  *
1493  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1494  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1495  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1496  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1497  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1498  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1499  *      region.
1500  */
1501 vm_offset_t
1502 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1503 {
1504         return PHYS_TO_DMAP(start);
1505 }
1506
1507 /*
1508  * Add a list of wired pages to the kva
1509  * this routine is only used for temporary
1510  * kernel mappings that do not need to have
1511  * page modification or references recorded.
1512  * Note that old mappings are simply written
1513  * over.  The page *must* be wired.
1514  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1515  */
1516 void
1517 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1518 {
1519         pd_entry_t *pde;
1520         pt_entry_t *pte, pa;
1521         vm_offset_t va;
1522         vm_page_t m;
1523         int i, lvl;
1524
1525         va = sva;
1526         for (i = 0; i < count; i++) {
1527                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1528                 KASSERT(pde != NULL,
1529                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1530                 KASSERT(lvl == 2,
1531                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1532
1533                 m = ma[i];
1534                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1535                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1536                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1537                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1538                 pmap_load_store(pte, pa);
1539
1540                 va += L3_SIZE;
1541         }
1542         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1543 }
1544
1545 /*
1546  * This routine tears out page mappings from the
1547  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1548  */
1549 void
1550 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1551 {
1552         pt_entry_t *pte;
1553         vm_offset_t va;
1554         int lvl;
1555
1556         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1557
1558         va = sva;
1559         while (count-- > 0) {
1560                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1561                 KASSERT(lvl == 3,
1562                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1563                 if (pte != NULL) {
1564                         pmap_clear(pte);
1565                 }
1566
1567                 va += PAGE_SIZE;
1568         }
1569         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1570 }
1571
1572 /***************************************************
1573  * Page table page management routines.....
1574  ***************************************************/
1575 /*
1576  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1577  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1578  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1579  */
1580 static __inline void
1581 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1582     boolean_t set_PG_ZERO)
1583 {
1584
1585         if (set_PG_ZERO)
1586                 m->flags |= PG_ZERO;
1587         else
1588                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1589         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1590 }
1591
1592 /*
1593  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1594  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1595  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1596  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1597  */
1598 static inline boolean_t
1599 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1600 {
1601
1602         --m->ref_count;
1603         if (m->ref_count == 0) {
1604                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1605                 return (TRUE);
1606         } else
1607                 return (FALSE);
1608 }
1609
1610 static void
1611 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1612 {
1613
1614         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1615         /*
1616          * unmap the page table page
1617          */
1618         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1619                 /* l1 page */
1620                 pd_entry_t *l0;
1621
1622                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1623                 pmap_clear(l0);
1624         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1625                 /* l2 page */
1626                 pd_entry_t *l1;
1627
1628                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1629                 pmap_clear(l1);
1630         } else {
1631                 /* l3 page */
1632                 pd_entry_t *l2;
1633
1634                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1635                 pmap_clear(l2);
1636         }
1637         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1638         if (m->pindex < NUL2E) {
1639                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1640                 pd_entry_t *l1, tl1;
1641                 vm_page_t l2pg;
1642
1643                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1644                 tl1 = pmap_load(l1);
1645                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1646                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1647         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1648                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1649                 pd_entry_t *l0, tl0;
1650                 vm_page_t l1pg;
1651
1652                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1653                 tl0 = pmap_load(l0);
1654                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1655                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1656         }
1657         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1658
1659         /*
1660          * Put page on a list so that it is released after
1661          * *ALL* TLB shootdown is done
1662          */
1663         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1664 }
1665
1666 /*
1667  * After removing a page table entry, this routine is used to
1668  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1669  */
1670 static int
1671 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1672     struct spglist *free)
1673 {
1674         vm_page_t mpte;
1675
1676         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1677                 return (0);
1678         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1679         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1680         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1681 }
1682
1683 /*
1684  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1685  * mapping.
1686  */
1687 static void
1688 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1689 {
1690         struct spglist free;
1691
1692         SLIST_INIT(&free);
1693         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1694                 /*
1695                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1696                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1697                  * table pages.  Invalidate those entries.
1698                  *
1699                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1700                  */
1701                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1702                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1703         }
1704 }
1705
1706 void
1707 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1708 {
1709
1710         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1711         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1712         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1713         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1714         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1715         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1716         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1717         pmap->pm_asid_set = &asids;
1718
1719         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1720 }
1721
1722 int
1723 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage)
1724 {
1725         vm_page_t l0pt;
1726
1727         /*
1728          * allocate the l0 page
1729          */
1730         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1731             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1732                 vm_wait(NULL);
1733
1734         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1735         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1736
1737         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1738                 pagezero(pmap->pm_l0);
1739
1740         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1741         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1742         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1743
1744         pmap->pm_stage = stage;
1745         switch (stage) {
1746         case PM_STAGE1:
1747                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1748                 break;
1749         case PM_STAGE2:
1750                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1751                 break;
1752         default:
1753                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1754                 break;
1755         }
1756
1757         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1758         pmap_alloc_asid(pmap);
1759
1760         return (1);
1761 }
1762
1763 int
1764 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1765 {
1766
1767         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1));
1768 }
1769
1770 /*
1771  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1772  *
1773  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1774  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1775  *
1776  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1777  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1778  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1779  * race conditions.
1780  */
1781 static vm_page_t
1782 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1783 {
1784         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1785
1786         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1787
1788         /*
1789          * Allocate a page table page.
1790          */
1791         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1792             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1793                 if (lockp != NULL) {
1794                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1795                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1796                         vm_wait(NULL);
1797                         PMAP_LOCK(pmap);
1798                 }
1799
1800                 /*
1801                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1802                  * page may have been allocated.
1803                  */
1804                 return (NULL);
1805         }
1806         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1807                 pmap_zero_page(m);
1808
1809         /*
1810          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1811          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1812          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1813          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1814          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1815          * PTE within "m".
1816          */
1817         dmb(ishst);
1818
1819         /*
1820          * Map the pagetable page into the process address space, if
1821          * it isn't already there.
1822          */
1823
1824         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1825                 pd_entry_t *l0;
1826                 vm_pindex_t l0index;
1827
1828                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1829                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1830                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1831         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1832                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1833                 pd_entry_t *l0, *l1;
1834                 pd_entry_t tl0;
1835
1836                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1837                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1838
1839                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1840                 tl0 = pmap_load(l0);
1841                 if (tl0 == 0) {
1842                         /* recurse for allocating page dir */
1843                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1844                             lockp) == NULL) {
1845                                 vm_page_unwire_noq(m);
1846                                 vm_page_free_zero(m);
1847                                 return (NULL);
1848                         }
1849                 } else {
1850                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1851                         l1pg->ref_count++;
1852                 }
1853
1854                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1855                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1856                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1857         } else {
1858                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1859                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1860                 pd_entry_t tl0, tl1;
1861
1862                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1863                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1864
1865                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1866                 tl0 = pmap_load(l0);
1867                 if (tl0 == 0) {
1868                         /* recurse for allocating page dir */
1869                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1870                             lockp) == NULL) {
1871                                 vm_page_unwire_noq(m);
1872                                 vm_page_free_zero(m);
1873                                 return (NULL);
1874                         }
1875                         tl0 = pmap_load(l0);
1876                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1877                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1878                 } else {
1879                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1880                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1881                         tl1 = pmap_load(l1);
1882                         if (tl1 == 0) {
1883                                 /* recurse for allocating page dir */
1884                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1885                                     lockp) == NULL) {
1886                                         vm_page_unwire_noq(m);
1887                                         vm_page_free_zero(m);
1888                                         return (NULL);
1889                                 }
1890                         } else {
1891                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1892                                 l2pg->ref_count++;
1893                         }
1894                 }
1895
1896                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1897                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1898                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1899         }
1900
1901         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1902
1903         return (m);
1904 }
1905
1906 static pd_entry_t *
1907 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1908     struct rwlock **lockp)
1909 {
1910         pd_entry_t *l1, *l2;
1911         vm_page_t l2pg;
1912         vm_pindex_t l2pindex;
1913
1914 retry:
1915         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1916         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1917                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1918                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1919                         /* Add a reference to the L2 page. */
1920                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1921                         l2pg->ref_count++;
1922                 } else
1923                         l2pg = NULL;
1924         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1925                 /* Allocate a L2 page. */
1926                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1927                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1928                 if (l2pg == NULL) {
1929                         if (lockp != NULL)
1930                                 goto retry;
1931                         else
1932                                 return (NULL);
1933                 }
1934                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1935                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1936         } else
1937                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1938                     va);
1939         *l2pgp = l2pg;
1940         return (l2);
1941 }
1942
1943 static vm_page_t
1944 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1945 {
1946         vm_pindex_t ptepindex;
1947         pd_entry_t *pde, tpde;
1948 #ifdef INVARIANTS
1949         pt_entry_t *pte;
1950 #endif
1951         vm_page_t m;
1952         int lvl;
1953
1954         /*
1955          * Calculate pagetable page index
1956          */
1957         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1958 retry:
1959         /*
1960          * Get the page directory entry
1961          */
1962         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1963
1964         /*
1965          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1966          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1967          * table.
1968          */
1969         switch (lvl) {
1970         case -1:
1971                 break;
1972         case 0:
1973 #ifdef INVARIANTS
1974                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1975                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1976                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1977 #endif
1978                 break;
1979         case 1:
1980 #ifdef INVARIANTS
1981                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1982                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1983                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1984 #endif
1985                 break;
1986         case 2:
1987                 tpde = pmap_load(pde);
1988                 if (tpde != 0) {
1989                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1990                         m->ref_count++;
1991                         return (m);
1992                 }
1993                 break;
1994         default:
1995                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1996         }
1997
1998         /*
1999          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2000          */
2001         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2002         if (m == NULL && lockp != NULL)
2003                 goto retry;
2004
2005         return (m);
2006 }
2007
2008 /***************************************************
2009  * Pmap allocation/deallocation routines.
2010  ***************************************************/
2011
2012 /*
2013  * Release any resources held by the given physical map.
2014  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2015  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2016  */
2017 void
2018 pmap_release(pmap_t pmap)
2019 {
2020         struct asid_set *set;
2021         vm_page_t m;
2022         int asid;
2023
2024         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2025             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2026             pmap->pm_stats.resident_count));
2027         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2028             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2029
2030         set = pmap->pm_asid_set;
2031         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2032
2033         /*
2034          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2035          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2036          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2037          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2038          */
2039         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2040                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2041                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2042                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2043                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2044                             asid < set->asid_set_size,
2045                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2046                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2047                 }
2048                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2049         }
2050
2051         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2052         vm_page_unwire_noq(m);
2053         vm_page_free_zero(m);
2054 }
2055
2056 static int
2057 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2058 {
2059         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2060
2061         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2062 }
2063 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2064     0, 0, kvm_size, "LU",
2065     "Size of KVM");
2066
2067 static int
2068 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2069 {
2070         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2071
2072         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2073 }
2074 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2075     0, 0, kvm_free, "LU",
2076     "Amount of KVM free");
2077
2078 /*
2079  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2080  */
2081 void
2082 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2083 {
2084         vm_paddr_t paddr;
2085         vm_page_t nkpg;
2086         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2087
2088         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2089
2090         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2091         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2092                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2093         while (kernel_vm_end < addr) {
2094                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2095                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2096                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2097
2098                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2099                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2100                         /* We need a new PDP entry */
2101                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2102                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2103                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2104                         if (nkpg == NULL)
2105                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2106                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2107                                 pmap_zero_page(nkpg);
2108                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2109                         dmb(ishst);
2110                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2111                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2112                         continue; /* try again */
2113                 }
2114                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2115                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2116                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2117                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2118                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2119                                 break;
2120                         }
2121                         continue;
2122                 }
2123
2124                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2125                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2126                     VM_ALLOC_ZERO);
2127                 if (nkpg == NULL)
2128                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2129                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2130                         pmap_zero_page(nkpg);
2131                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2132                 dmb(ishst);
2133                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2134                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2135
2136                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2137                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2138                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2139                         break;
2140                 }
2141         }
2142 }
2143
2144 /***************************************************
2145  * page management routines.
2146  ***************************************************/
2147
2148 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2149 CTASSERT(_NPCM == 3);
2150 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2151
2152 static __inline struct pv_chunk *
2153 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2154 {
2155
2156         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2157 }
2158
2159 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2160
2161 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2162 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2163 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2164
2165 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2166
2167 #if 0
2168 #ifdef PV_STATS
2169 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2170
2171 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2172         "Current number of pv entry chunks");
2173 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2174         "Current number of pv entry chunks allocated");
2175 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2176         "Current number of pv entry chunks frees");
2177 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2178         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2179
2180 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2181 static int pv_entry_spare;
2182
2183 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2184         "Current number of pv entry frees");
2185 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2186         "Current number of pv entry allocs");
2187 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2188         "Current number of pv entries");
2189 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2190         "Current number of spare pv entries");
2191 #endif
2192 #endif /* 0 */
2193
2194 /*
2195  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2196  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2197  * another pv entry chunk.
2198  *
2199  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2200  *
2201  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2202  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2203  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2204  */
2205 static vm_page_t
2206 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2207 {
2208         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2209         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2210         struct md_page *pvh;
2211         pd_entry_t *pde;
2212         pmap_t next_pmap, pmap;
2213         pt_entry_t *pte, tpte;
2214         pv_entry_t pv;
2215         vm_offset_t va;
2216         vm_page_t m, m_pc;
2217         struct spglist free;
2218         uint64_t inuse;
2219         int bit, field, freed, lvl;
2220         static int active_reclaims = 0;
2221
2222         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2223         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2224
2225         pmap = NULL;
2226         m_pc = NULL;
2227         SLIST_INIT(&free);
2228         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2229         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2230         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2231         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2232
2233         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2234         active_reclaims++;
2235         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2236         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2237         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2238             SLIST_EMPTY(&free)) {
2239                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2240                 if (next_pmap == NULL) {
2241                         /*
2242                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2243                          * not our marker, so active_reclaims must be
2244                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2245                          * will not rotate the pv_chunks list.
2246                          */
2247                         goto next_chunk;
2248                 }
2249                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2250
2251                 /*
2252                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2253                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2254                  * corresponding pmap is locked.
2255                  */
2256                 if (pmap != next_pmap) {
2257                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2258                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2259                         pmap = next_pmap;
2260                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2261                         if (pmap > locked_pmap) {
2262                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2263                                 PMAP_LOCK(pmap);
2264                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2265                                 continue;
2266                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2267                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2268                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2269                                         continue;
2270                                 } else {
2271                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2272                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2273                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2274                                         if (pc == NULL ||
2275                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2276                                                 continue;
2277                                         goto next_chunk;
2278                                 }
2279                         }
2280                 }
2281
2282                 /*
2283                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2284                  */
2285                 freed = 0;
2286                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2287                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2288                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2289                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2290                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2291                                 va = pv->pv_va;
2292                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2293                                 if (lvl != 2)
2294                                         continue;
2295                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2296                                 tpte = pmap_load(pte);
2297                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2298                                         continue;
2299                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2300                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2301                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2302                                         vm_page_dirty(m);
2303                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2304                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2305                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2306                                 }
2307                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2308                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2309                                 m->md.pv_gen++;
2310                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2311                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2312                                         pvh = page_to_pvh(m);
2313                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2314                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2315                                                     PGA_WRITEABLE);
2316                                         }
2317                                 }
2318                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2319                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2320                                 freed++;
2321                         }
2322                 }
2323                 if (freed == 0) {
2324                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2325                         goto next_chunk;
2326                 }
2327                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2328                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2329                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2330                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2331                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2332                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2333                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2334                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2335                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2336                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2337                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2338                         /* Entire chunk is free; return it. */
2339                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2340                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2341                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2342                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2343                         break;
2344                 }
2345                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2346                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2347                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2348                 if (pmap == locked_pmap)
2349                         break;
2350
2351 next_chunk:
2352                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2353                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2354                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2355                         /*
2356                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2357                          * scan the same pv chunks that could not be
2358                          * freed (because they contained a wired
2359                          * and/or superpage mapping) on every
2360                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2361                          */
2362                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2363                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2364                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2365                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2366                         }
2367                 }
2368         }
2369         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2370         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2371         active_reclaims--;
2372         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2373         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2374                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2375         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2376                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2377                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2378                 /* Recycle a freed page table page. */
2379                 m_pc->ref_count = 1;
2380         }
2381         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2382         return (m_pc);
2383 }
2384
2385 /*
2386  * free the pv_entry back to the free list
2387  */
2388 static void
2389 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2390 {
2391         struct pv_chunk *pc;
2392         int idx, field, bit;
2393
2394         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2395         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2396         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2397         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2398         pc = pv_to_chunk(pv);
2399         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2400         field = idx / 64;
2401         bit = idx % 64;
2402         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2403         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2404             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2405                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2406                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2407                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2408                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2409                 }
2410                 return;
2411         }
2412         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2413         free_pv_chunk(pc);
2414 }
2415
2416 static void
2417 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2418 {
2419         vm_page_t m;
2420
2421         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2422         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2423         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2424         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2425         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2426         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2427         /* entire chunk is free, return it */
2428         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2429         dump_drop_page(m->phys_addr);
2430         vm_page_unwire_noq(m);
2431         vm_page_free(m);
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2436  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2437  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2438  * returned.
2439  *
2440  * The given PV list lock may be released.
2441  */
2442 static pv_entry_t
2443 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2444 {
2445         int bit, field;
2446         pv_entry_t pv;
2447         struct pv_chunk *pc;
2448         vm_page_t m;
2449
2450         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2451         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2452 retry:
2453         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2454         if (pc != NULL) {
2455                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2456                         if (pc->pc_map[field]) {
2457                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2458                                 break;
2459                         }
2460                 }
2461                 if (field < _NPCM) {
2462                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2463                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2464                         /* If this was the last item, move it to tail */
2465                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2466                             pc->pc_map[2] == 0) {
2467                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2468                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2469                                     pc_list);
2470                         }
2471                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2472                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2473                         return (pv);
2474                 }
2475         }
2476         /* No free items, allocate another chunk */
2477         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2478             VM_ALLOC_WIRED);
2479         if (m == NULL) {
2480                 if (lockp == NULL) {
2481                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2482                         return (NULL);
2483                 }
2484                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2485                 if (m == NULL)
2486                         goto retry;
2487         }
2488         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2489         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2490         dump_add_page(m->phys_addr);
2491         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2492         pc->pc_pmap = pmap;
2493         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2494         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2495         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2496         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2497         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2498         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2499         pv = &pc->pc_pventry[0];
2500         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2501         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2502         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2503         return (pv);
2504 }
2505
2506 /*
2507  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2508  * exceeds the given count, "needed".
2509  *
2510  * The given PV list lock may be released.
2511  */
2512 static void
2513 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2514 {
2515         struct pch new_tail;
2516         struct pv_chunk *pc;
2517         vm_page_t m;
2518         int avail, free;
2519         bool reclaimed;
2520
2521         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2522         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2523
2524         /*
2525          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2526          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2527          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2528          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2529          */
2530         TAILQ_INIT(&new_tail);
2531 retry:
2532         avail = 0;
2533         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2534                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2535                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2536                 if (free == 0)
2537                         break;
2538                 avail += free;
2539                 if (avail >= needed)
2540                         break;
2541         }
2542         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2543                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2544                     VM_ALLOC_WIRED);
2545                 if (m == NULL) {
2546                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2547                         if (m == NULL)
2548                                 goto retry;
2549                         reclaimed = true;
2550                 }
2551                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2552                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2553                 dump_add_page(m->phys_addr);
2554                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2555                 pc->pc_pmap = pmap;
2556                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2557                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2558                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2559                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2560                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2561                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2562
2563                 /*
2564                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2565                  * If that chunk contained available entries, we need to
2566                  * re-count the number of available entries.
2567                  */
2568                 if (reclaimed)
2569                         goto retry;
2570         }
2571         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2572                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2573                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2574                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2575         }
2576 }
2577
2578 /*
2579  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2580  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2581  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2582  * 2MB page mappings.
2583  */
2584 static __inline pv_entry_t
2585 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2586 {
2587         pv_entry_t pv;
2588
2589         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2590                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2591                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2592                         pvh->pv_gen++;
2593                         break;
2594                 }
2595         }
2596         return (pv);
2597 }
2598
2599 /*
2600  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2601  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2602  * entries for each of the 4KB page mappings.
2603  */
2604 static void
2605 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2606     struct rwlock **lockp)
2607 {
2608         struct md_page *pvh;
2609         struct pv_chunk *pc;
2610         pv_entry_t pv;
2611         vm_offset_t va_last;
2612         vm_page_t m;
2613         int bit, field;
2614
2615         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2616         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2617             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2618         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2619             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2620         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2621
2622         /*
2623          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2624          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2625          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2626          */
2627         pvh = pa_to_pvh(pa);
2628         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2629         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2630         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2631         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2632         m->md.pv_gen++;
2633         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2634         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2635         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2636         for (;;) {
2637                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2638                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2639                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2640                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2641                         while (pc->pc_map[field]) {
2642                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2643                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2644                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2645                                 va += PAGE_SIZE;
2646                                 pv->pv_va = va;
2647                                 m++;
2648                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2649                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2650                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2651                                 m->md.pv_gen++;
2652                                 if (va == va_last)
2653                                         goto out;
2654                         }
2655                 }
2656                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2657                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2658         }
2659 out:
2660         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2661                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2662                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2663         }
2664         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2665         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2666 }
2667
2668 /*
2669  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2670  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2671  * page mappings.
2672  */
2673 static void
2674 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2675 {
2676         pv_entry_t pv;
2677
2678         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2679         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2680         free_pv_entry(pmap, pv);
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2685  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2686  */
2687 static boolean_t
2688 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2689     struct rwlock **lockp)
2690 {
2691         pv_entry_t pv;
2692
2693         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2694         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2695         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2696                 pv->pv_va = va;
2697                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2698                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2699                 m->md.pv_gen++;
2700                 return (TRUE);
2701         } else
2702                 return (FALSE);
2703 }
2704
2705 /*
2706  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2707  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2708  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2709  */
2710 static bool
2711 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2712     struct rwlock **lockp)
2713 {
2714         struct md_page *pvh;
2715         pv_entry_t pv;
2716         vm_paddr_t pa;
2717
2718         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2719         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2720         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2721             NULL : lockp)) == NULL)
2722                 return (false);
2723         pv->pv_va = va;
2724         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2725         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2726         pvh = pa_to_pvh(pa);
2727         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2728         pvh->pv_gen++;
2729         return (true);
2730 }
2731
2732 static void
2733 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2734 {
2735         pt_entry_t newl2, oldl2;
2736         vm_page_t ml3;
2737         vm_paddr_t ml3pa;
2738
2739         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2740         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2741         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2742
2743         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2744         if (ml3 == NULL)
2745                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2746
2747         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2748         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2749
2750         /*
2751          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2752          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2753          */
2754         if (ml3->valid != 0)
2755                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2756
2757         /*
2758          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2759          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2760          */
2761         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2762         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2763             __func__, l2, oldl2));
2764 }
2765
2766 /*
2767  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2768  */
2769 static int
2770 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2771     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2772 {
2773         struct md_page *pvh;
2774         pt_entry_t old_l2;
2775         vm_offset_t eva, va;
2776         vm_page_t m, ml3;
2777
2778         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2779         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2780         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2781         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2782             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2783
2784         /*
2785          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2786          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2787          */
2788         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2789
2790         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2791                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2792         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2793         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2794                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2795                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2796                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2797                 eva = sva + L2_SIZE;
2798                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2799                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2800                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2801                                 vm_page_dirty(m);
2802                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2803                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2804                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2805                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2806                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2807                 }
2808         }
2809         if (pmap == kernel_pmap) {
2810                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2811         } else {
2812                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2813                 if (ml3 != NULL) {
2814                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2815                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2816                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2817                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2818                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2819                         ml3->ref_count = 0;
2820                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2821                 }
2822         }
2823         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2824 }
2825
2826 /*
2827  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2828  */
2829 static int
2830 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2831     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2832 {
2833         struct md_page *pvh;
2834         pt_entry_t old_l3;
2835         vm_page_t m;
2836
2837         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2838         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2839         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2840         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2841                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2842         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2843         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2844                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2845                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2846                         vm_page_dirty(m);
2847                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2848                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2849                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2850                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2851                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2852                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2853                         pvh = page_to_pvh(m);
2854                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2855                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2856                 }
2857         }
2858         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2859 }
2860
2861 /*
2862  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2863  * identified by the given L2 entry.
2864  */
2865 static void
2866 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2867     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2868 {
2869         struct md_page *pvh;
2870         struct rwlock *new_lock;
2871         pt_entry_t *l3, old_l3;
2872         vm_offset_t va;
2873         vm_page_t l3pg, m;
2874
2875         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2876         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2877             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2878         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2879             NULL;
2880         va = eva;
2881         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2882                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2883                         if (va != eva) {
2884                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2885                                 va = eva;
2886                         }
2887                         continue;
2888                 }
2889                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2890                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2891                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2892                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2893                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2894                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2895                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2896                                 vm_page_dirty(m);
2897                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2898                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2899                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2900                         if (new_lock != *lockp) {
2901                                 if (*lockp != NULL) {
2902                                         /*
2903                                          * Pending TLB invalidations must be
2904                                          * performed before the PV list lock is
2905                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2906                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2907                                          * could return while a stale TLB entry
2908                                          * still provides access to that page. 
2909                                          */
2910                                         if (va != eva) {
2911                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2912                                                     sva);
2913                                                 va = eva;
2914                                         }
2915                                         rw_wunlock(*lockp);
2916                                 }
2917                                 *lockp = new_lock;
2918                                 rw_wlock(*lockp);
2919                         }
2920                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2921                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2922                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2923                                 pvh = page_to_pvh(m);
2924                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2925                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2926                         }
2927                 }
2928                 if (va == eva)
2929                         va = sva;
2930                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2931                         sva += L3_SIZE;
2932                         break;
2933                 }
2934         }
2935         if (va != eva)
2936                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2937 }
2938
2939 /*
2940  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2941  *
2942  *      It is assumed that the start and end are properly
2943  *      rounded to the page size.
2944  */
2945 void
2946 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2947 {
2948         struct rwlock *lock;
2949         vm_offset_t va_next;
2950         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2951         pt_entry_t l3_paddr;
2952         struct spglist free;
2953
2954         /*
2955          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2956          */
2957         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2958                 return;
2959
2960         SLIST_INIT(&free);
2961
2962         PMAP_LOCK(pmap);
2963
2964         lock = NULL;
2965         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2966                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2967                         break;
2968
2969                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2970                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2971                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2972                         if (va_next < sva)
2973                                 va_next = eva;
2974                         continue;
2975                 }
2976
2977                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2978                 if (va_next < sva)
2979                         va_next = eva;
2980                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2981                 if (pmap_load(l1) == 0)
2982                         continue;
2983                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
2984                         KASSERT(va_next <= eva,
2985                             ("partial update of non-transparent 1G page "
2986                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
2987                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
2988                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
2989                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
2990                         pmap_clear(l1);
2991                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2992                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
2993                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
2994                         continue;
2995                 }
2996
2997                 /*
2998                  * Calculate index for next page table.
2999                  */
3000                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3001                 if (va_next < sva)
3002                         va_next = eva;
3003
3004                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3005                 if (l2 == NULL)
3006                         continue;
3007
3008                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3009
3010                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3011                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3012                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3013                                     &free, &lock);
3014                                 continue;
3015                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3016                             &lock) == NULL)
3017                                 continue;
3018                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3019                 }
3020
3021                 /*
3022                  * Weed out invalid mappings.
3023                  */
3024                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3025                         continue;
3026
3027                 /*
3028                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3029                  * by the current page table page, or to the end of the
3030                  * range being removed.
3031                  */
3032                 if (va_next > eva)
3033                         va_next = eva;
3034
3035                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3036                     &lock);
3037         }
3038         if (lock != NULL)
3039                 rw_wunlock(lock);
3040         PMAP_UNLOCK(pmap);
3041         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3042 }
3043
3044 /*
3045  *      Routine:        pmap_remove_all
3046  *      Function:
3047  *              Removes this physical page from
3048  *              all physical maps in which it resides.
3049  *              Reflects back modify bits to the pager.
3050  *
3051  *      Notes:
3052  *              Original versions of this routine were very
3053  *              inefficient because they iteratively called
3054  *              pmap_remove (slow...)
3055  */
3056
3057 void
3058 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3059 {
3060         struct md_page *pvh;
3061         pv_entry_t pv;
3062         pmap_t pmap;
3063         struct rwlock *lock;
3064         pd_entry_t *pde, tpde;
3065         pt_entry_t *pte, tpte;
3066         vm_offset_t va;
3067         struct spglist free;
3068         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3069
3070         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3071             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3072         SLIST_INIT(&free);
3073         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3074         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3075 retry:
3076         rw_wlock(lock);
3077         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3078                 pmap = PV_PMAP(pv);
3079                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3080                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3081                         rw_wunlock(lock);
3082                         PMAP_LOCK(pmap);
3083                         rw_wlock(lock);
3084                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3085                                 rw_wunlock(lock);
3086                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3087                                 goto retry;
3088                         }
3089                 }
3090                 va = pv->pv_va;
3091                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3092                 KASSERT(pte != NULL,
3093                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3094                 KASSERT(lvl == 2,
3095                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3096
3097                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3098                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3099         }
3100         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3101                 pmap = PV_PMAP(pv);
3102                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3103                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3104                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3105                         md_gen = m->md.pv_gen;
3106                         rw_wunlock(lock);
3107                         PMAP_LOCK(pmap);
3108                         rw_wlock(lock);
3109                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3110                                 rw_wunlock(lock);
3111                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3112                                 goto retry;
3113                         }
3114                 }
3115                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3116
3117                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3118                 KASSERT(pde != NULL,
3119                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3120                 KASSERT(lvl == 2,
3121                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3122                 tpde = pmap_load(pde);
3123
3124                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3125                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3126                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3127                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3128                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3129                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3130                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3131                 }
3132
3133                 /*
3134                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3135                  */
3136                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3137                         vm_page_dirty(m);
3138                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3139                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3140                 m->md.pv_gen++;
3141                 free_pv_entry(pmap, pv);
3142                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3143         }
3144         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3145         rw_wunlock(lock);
3146         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3147 }
3148
3149 /*
3150  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3151  */
3152 static void
3153 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3154     pt_entry_t nbits)
3155 {
3156         pd_entry_t old_l2;
3157         vm_page_t m, mt;
3158
3159         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3160         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3161         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3162             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3163         old_l2 = pmap_load(l2);
3164         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3165             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3166
3167         /*
3168          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3169          * in place.
3170          */
3171 retry:
3172         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3173                 return;
3174
3175         /*
3176          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3177          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3178          * pages.
3179          */
3180         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3181             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3182             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3183                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3184                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3185                         vm_page_dirty(mt);
3186         }
3187
3188         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3189                 goto retry;
3190
3191         /*
3192          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3193          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3194          */
3195         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3196 }
3197
3198 /*
3199  *      Set the physical protection on the
3200  *      specified range of this map as requested.
3201  */
3202 void
3203 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3204 {
3205         vm_offset_t va, va_next;
3206         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3207         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3208
3209         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3210         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3211         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3212                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3213                 return;
3214         }
3215
3216         mask = nbits = 0;
3217         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3218                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3219                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3220         }
3221         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3222                 mask |= ATTR_S1_XN;
3223                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3224         }
3225         if (mask == 0)
3226                 return;
3227
3228         PMAP_LOCK(pmap);
3229         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3230                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3231                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3232                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3233                         if (va_next < sva)
3234                                 va_next = eva;
3235                         continue;
3236                 }
3237
3238                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3239                 if (va_next < sva)
3240                         va_next = eva;
3241                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3242                 if (pmap_load(l1) == 0)
3243                         continue;
3244                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3245                         KASSERT(va_next <= eva,
3246                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3247                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3248                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3249                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3250                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3251                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3252                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3253                         }
3254                         continue;
3255                 }
3256
3257                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3258                 if (va_next < sva)
3259                         va_next = eva;
3260
3261                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3262                 if (pmap_load(l2) == 0)
3263                         continue;
3264
3265                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3266                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3267                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3268                                 continue;
3269                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3270                                 continue;
3271                 }
3272                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3273                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3274
3275                 if (va_next > eva)
3276                         va_next = eva;
3277
3278                 va = va_next;
3279                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3280                     sva += L3_SIZE) {
3281                         l3 = pmap_load(l3p);
3282 retry:
3283                         /*
3284                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3285                          * invalid or already has the desired access
3286                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3287                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3288                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3289                          * have the desired restrictions.)
3290                          */
3291                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3292                                 if (va != va_next) {
3293                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3294                                         va = va_next;
3295                                 }
3296                                 continue;
3297                         }
3298
3299                         /*
3300                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3301                          * update the page's dirty field.
3302                          */
3303                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3304                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3305                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3306                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3307
3308                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3309                                 goto retry;
3310                         if (va == va_next)
3311                                 va = sva;
3312                 }
3313                 if (va != va_next)
3314                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3315         }
3316         PMAP_UNLOCK(pmap);
3317 }
3318
3319 /*
3320  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3321  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3322  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3323  * ordered by this virtual address range.
3324  *
3325  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3326  */
3327 static __inline int
3328 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3329 {
3330
3331         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3332         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3333         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3334 }
3335
3336 /*
3337  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3338  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3339  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3340  * specified virtual address.
3341  */
3342 static __inline vm_page_t
3343 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3344 {
3345
3346         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3347         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3348 }
3349
3350 /*
3351  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3352  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3353  * inconsistent state.
3354  */
3355 static void
3356 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3357     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3358 {
3359         register_t intr;
3360
3361         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3362
3363         /*
3364          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3365          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3366          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3367          */
3368         intr = intr_disable();
3369
3370         /*
3371          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3372          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3373          * lookup the physical address.
3374          */
3375         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3376         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3377
3378         /* Create the new mapping */
3379         pmap_store(pte, newpte);
3380         dsb(ishst);
3381
3382         intr_restore(intr);
3383 }
3384
3385 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3386 /*
3387  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3388  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3389  * for the 2MB page mapping.
3390  */
3391 static void
3392 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3393     struct rwlock **lockp)
3394 {
3395         struct md_page *pvh;
3396         pv_entry_t pv;
3397         vm_offset_t va_last;
3398         vm_page_t m;
3399
3400         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3401             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3402         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3403
3404         /*
3405          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3406          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3407          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3408          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3409          * mappings that is being promoted.
3410          */
3411         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3412         va = va & ~L2_OFFSET;
3413         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3414         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3415         pvh = pa_to_pvh(pa);
3416         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3417         pvh->pv_gen++;
3418         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3419         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3420         do {
3421                 m++;
3422                 va += PAGE_SIZE;
3423                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3424         } while (va < va_last);
3425 }
3426
3427 /*
3428  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3429  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3430  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3431  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3432  * identical characteristics.
3433  */
3434 static void
3435 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3436     struct rwlock **lockp)
3437 {
3438         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3439         vm_page_t mpte;
3440         vm_offset_t sva;
3441
3442         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3443         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3444
3445         sva = va & ~L2_OFFSET;
3446         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3447         newl2 = pmap_load(firstl3);
3448
3449 setl2:
3450         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3451                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3452                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3453                     " in pmap %p", va, pmap);
3454                 return;
3455         }
3456
3457         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3458             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3459                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3460                         goto setl2;
3461                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3462         }
3463
3464         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3465         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3466                 oldl3 = pmap_load(l3);
3467 setl3:
3468                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3469                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3470                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3471                             ~ATTR_SW_DBM))
3472                                 goto setl3;
3473                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3474                 }
3475                 if (oldl3 != pa) {
3476                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3477                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3478                             " in pmap %p", va, pmap);
3479                         return;
3480                 }
3481                 pa -= PAGE_SIZE;
3482         }
3483
3484         /*
3485          * Save the page table page in its current state until the L2
3486          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3487          * destroyed by pmap_remove_l3().
3488          */
3489         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3490         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3491             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3492             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3493         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3494             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3495         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3496                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3497                 CTR2(KTR_PMAP,
3498                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3499                     pmap);
3500                 return;
3501         }
3502
3503         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3504                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3505
3506         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3507         newl2 |= L2_BLOCK;
3508
3509         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3510
3511         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3512         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3513                     pmap);
3514 }
3515 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3516
3517 static int
3518 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
3519     int psind)
3520 {
3521         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
3522         vm_page_t mp;
3523
3524         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3525         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
3526             ("psind %d unexpected", psind));
3527         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
3528             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
3529             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
3530
3531 restart:
3532         if (psind == 2) {
3533                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
3534                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3535                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
3536                         if (mp == NULL) {
3537                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3538                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3539                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3540                                 vm_wait(NULL);
3541                                 PMAP_LOCK(pmap);
3542                                 goto restart;
3543                         }
3544                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3545                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3546                         origpte = pmap_load(l1p);
3547                 } else {
3548                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3549                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3550                         origpte = pmap_load(l1p);
3551                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3552                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
3553                                     ~ATTR_MASK);
3554                                 mp->ref_count++;
3555                         }
3556                 }
3557                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3558                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK &&
3559                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3560                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
3561                     va, origpte, newpte));
3562                 pmap_store(l1p, newpte);
3563         } else /* (psind == 1) */ {
3564                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
3565                 if (l2p == NULL) {
3566                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
3567                         if (mp == NULL) {
3568                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3569                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3570                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3571                                 vm_wait(NULL);
3572                                 PMAP_LOCK(pmap);
3573                                 goto restart;
3574                         }
3575                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
3576                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
3577                         origpte = pmap_load(l2p);
3578                 } else {
3579                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
3580                         origpte = pmap_load(l2p);
3581                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3582                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
3583                                     ~ATTR_MASK);
3584                                 mp->ref_count++;
3585                         }
3586                 }
3587                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3588                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3589                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3590                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
3591                     va, origpte, newpte));
3592                 pmap_store(l2p, newpte);
3593         }
3594         dsb(ishst);
3595
3596         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3597                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
3598         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3599                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3600         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
3601             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3602                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3603
3604         return (KERN_SUCCESS);
3605 }
3606
3607 /*
3608  *      Insert the given physical page (p) at
3609  *      the specified virtual address (v) in the
3610  *      target physical map with the protection requested.
3611  *
3612  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3613  *      that the related pte can not be reclaimed.
3614  *
3615  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3616  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3617  *      insert this page into the given map NOW.
3618  */
3619 int
3620 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3621     u_int flags, int8_t psind)
3622 {
3623         struct rwlock *lock;
3624         pd_entry_t *pde;
3625         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3626         pt_entry_t *l2, *l3;
3627         pv_entry_t pv;
3628         vm_paddr_t opa, pa;
3629         vm_page_t mpte, om;
3630         boolean_t nosleep;
3631         int lvl, rv;
3632
3633         va = trunc_page(va);
3634         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3635                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3636         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3637         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3638         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3639         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3640
3641         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3642                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3643         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3644                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3645                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3646                 else
3647                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3648                 if (pmap != kernel_pmap)
3649                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3650         } else {
3651                 /*
3652                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3653                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3654                  * required to invalidate the I-cache.
3655                  *
3656                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3657                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3658                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3659                  * correctly if it is clear.
3660                  */
3661                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3662                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3663         }
3664         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3665                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3666                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3667                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3668                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3669                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3670                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3671                                 else
3672                                         new_l3 &=
3673                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3674                         }
3675                 }
3676         }
3677
3678         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3679
3680         lock = NULL;
3681         PMAP_LOCK(pmap);
3682         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
3683                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3684                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
3685                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
3686                 if (psind == 2)
3687                         new_l3 |= L1_BLOCK;
3688                 else /* (psind == 1) */
3689                         new_l3 |= L2_BLOCK;
3690                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
3691                 goto out;
3692         }
3693         if (psind == 1) {
3694                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3695                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3696                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3697                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3698                     flags, m, &lock);
3699                 goto out;
3700         }
3701         mpte = NULL;
3702
3703         /*
3704          * In the case that a page table page is not
3705          * resident, we are creating it here.
3706          */
3707 retry:
3708         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3709         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3710                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3711                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3712                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3713                         mpte->ref_count++;
3714                 }
3715                 goto havel3;
3716         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3717                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3718                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3719                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3720                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3721                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3722                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3723                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3724                                 mpte->ref_count++;
3725                         }
3726                         goto havel3;
3727                 }
3728                 /* We need to allocate an L3 table. */
3729         }
3730         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3731                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3732
3733                 /*
3734                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3735                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3736                  * was created while we slept.
3737                  */
3738                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3739                     nosleep ? NULL : &lock);
3740                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3741                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3742                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3743                         goto out;
3744                 }
3745                 goto retry;
3746         } else
3747                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3748
3749 havel3:
3750         orig_l3 = pmap_load(l3);
3751         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3752         pv = NULL;
3753
3754         /*
3755          * Is the specified virtual address already mapped?
3756          */
3757         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3758                 /*
3759                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
3760                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
3761                  * into EL2 to perform such actions.
3762                  */
3763                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3764                 /*
3765                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3766                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3767                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3768                  * the PT page will be also.
3769                  */
3770                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3771                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3772                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3773                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3774                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3775                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3776
3777                 /*
3778                  * Remove the extra PT page reference.
3779                  */
3780                 if (mpte != NULL) {
3781                         mpte->ref_count--;
3782                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3783                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3784                              " va: 0x%lx", va));
3785                 }
3786
3787                 /*
3788                  * Has the physical page changed?
3789                  */
3790                 if (opa == pa) {
3791                         /*
3792                          * No, might be a protection or wiring change.
3793                          */
3794                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3795                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3796                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3797                         goto validate;
3798                 }
3799
3800                 /*
3801                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3802                  * the mapping.
3803                  */
3804                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3805                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3806                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3807                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3808                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3809
3810                         /*
3811                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3812                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3813                          * pmap_ts_referenced().
3814                          */
3815                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3816                                 vm_page_dirty(om);
3817                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3818                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3819                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3820                         }
3821                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3822                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3823                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3824                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3825                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3826                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3827                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3828                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3829                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3830                 } else {
3831                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
3832                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
3833                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3834                 }
3835                 orig_l3 = 0;
3836         } else {
3837                 /*
3838                  * Increment the counters.
3839                  */
3840                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3841                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3842                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3843         }
3844         /*
3845          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3846          */
3847         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3848                 if (pv == NULL) {
3849                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3850                         pv->pv_va = va;
3851                 }
3852                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3853                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3854                 m->md.pv_gen++;
3855                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3856                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3857         }
3858
3859 validate:
3860         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3861                 /*
3862                  * Sync icache if exec permission and attribute
3863                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
3864                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
3865                  * later, then other can access this page before caches are
3866                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
3867                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
3868                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
3869                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
3870                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
3871                 */
3872                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3873                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3874                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
3875                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3876                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3877                 }
3878         } else {
3879                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3880         }
3881
3882         /*
3883          * Update the L3 entry
3884          */
3885         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3886                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3887                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3888                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3889                         /* same PA, different attributes */
3890                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
3891                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3892                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3893                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3894                                 vm_page_dirty(m);
3895                 } else {
3896                         /*
3897                          * orig_l3 == new_l3
3898                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3899                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3900                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3901                          * cycle.
3902                          * Another possible reasons are:
3903                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3904                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3905                          *   actual mapping.
3906                          */
3907                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3908                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3909                             __func__, pmap, va, new_l3);
3910                 }
3911         } else {
3912                 /* New mapping */
3913                 pmap_store(l3, new_l3);
3914                 dsb(ishst);
3915         }
3916
3917 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3918         /*
3919          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
3920          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
3921          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
3922          * that is incorrect a stage 2 pmap.
3923          */
3924         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
3925             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
3926             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3927             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3928                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3929         }
3930 #endif
3931
3932         rv = KERN_SUCCESS;
3933 out:
3934         if (lock != NULL)
3935                 rw_wunlock(lock);
3936         PMAP_UNLOCK(pmap);
3937         return (rv);
3938 }
3939
3940 /*
3941  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3942  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3943  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3944  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3945  * PV entry.
3946  */
3947 static bool
3948 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3949     struct rwlock **lockp)
3950 {
3951         pd_entry_t new_l2;
3952
3953         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3954         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3955
3956         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3957             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
3958             L2_BLOCK);
3959         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3960                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3961                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3962         }
3963         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3964             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3965                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
3966         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3967                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3968         else
3969                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
3970         if (pmap != kernel_pmap)
3971                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
3972         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3973             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3974             KERN_SUCCESS);
3975 }
3976
3977 /*
3978  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
3979  * zero.
3980  */
3981 static bool
3982 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
3983 {
3984         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3985
3986         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
3987         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3988         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
3989                 if (*pte != 0)
3990                         return (false);
3991         }
3992         return (true);
3993 }
3994
3995 /*
3996  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3997  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3998  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3999  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4000  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4001  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4002  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4003  *
4004  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4005  */
4006 static int
4007 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4008     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4009 {
4010         struct spglist free;
4011         pd_entry_t *l2, old_l2;
4012         vm_page_t l2pg, mt;
4013
4014         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4015
4016         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4017             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4018                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4019                     va, pmap);
4020                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4021         }
4022
4023         /*
4024          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4025          */
4026         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4027                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4028                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4029                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
4030                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
4031                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
4032                         if (l2pg != NULL)
4033                                 l2pg->ref_count--;
4034                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4035                             " in pmap %p", va, pmap);
4036                         return (KERN_FAILURE);
4037                 }
4038                 SLIST_INIT(&free);
4039                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4040                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4041                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4042                 else
4043                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4044                             &free, lockp);
4045                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4046                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4047                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4048                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4049                 } else {
4050                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4051                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4052
4053                         /*
4054                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4055                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4056                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4057                          * entry for the kernel page table page.
4058                          */
4059                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4060                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4061                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4062                         pmap_clear(l2);
4063                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4064                 }
4065         }
4066
4067         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4068                 /*
4069                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4070                  */
4071                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4072                         if (l2pg != NULL)
4073                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4074                         CTR2(KTR_PMAP,
4075                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4076                             va, pmap);
4077                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4078                 }
4079                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4080                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4081                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4082         }
4083
4084         /*
4085          * Increment counters.
4086          */
4087         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4088                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4089         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4090
4091         /*
4092          * Map the superpage.
4093          */
4094         pmap_store(l2, new_l2);
4095         dsb(ishst);
4096
4097         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4098         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4099             va, pmap);
4100
4101         return (KERN_SUCCESS);
4102 }
4103
4104 /*
4105  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4106  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4107  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4108  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4109  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4110  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4111  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4112  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4113  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4114  * corresponding offset from m_start are mapped.
4115  */
4116 void
4117 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4118     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4119 {
4120         struct rwlock *lock;
4121         vm_offset_t va;
4122         vm_page_t m, mpte;
4123         vm_pindex_t diff, psize;
4124
4125         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4126
4127         psize = atop(end - start);
4128         mpte = NULL;
4129         m = m_start;
4130         lock = NULL;
4131         PMAP_LOCK(pmap);
4132         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4133                 va = start + ptoa(diff);
4134                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4135                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4136                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4137                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4138                 else
4139                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4140                             &lock);
4141                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4142         }
4143         if (lock != NULL)
4144                 rw_wunlock(lock);
4145         PMAP_UNLOCK(pmap);
4146 }
4147
4148 /*
4149  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4150  * 1. Current pmap & pmap exists.
4151  * 2. Not wired.
4152  * 3. Read access.
4153  * 4. No page table pages.
4154  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4155  */
4156
4157 void
4158 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4159 {
4160         struct rwlock *lock;
4161
4162         lock = NULL;
4163         PMAP_LOCK(pmap);
4164         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4165         if (lock != NULL)
4166                 rw_wunlock(lock);
4167         PMAP_UNLOCK(pmap);
4168 }
4169
4170 static vm_page_t
4171 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4172     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4173 {
4174         pd_entry_t *pde;
4175         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
4176         vm_paddr_t pa;
4177         int lvl;
4178
4179         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4180             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4181             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4182         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4183         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4184
4185         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4186         /*
4187          * In the case that a page table page is not
4188          * resident, we are creating it here.
4189          */
4190         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4191                 vm_pindex_t l2pindex;
4192
4193                 /*
4194                  * Calculate pagetable page index
4195                  */
4196                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4197                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4198                         mpte->ref_count++;
4199                 } else {
4200                         /*
4201                          * Get the l2 entry
4202                          */
4203                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4204
4205                         /*
4206                          * If the page table page is mapped, we just increment
4207                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4208                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4209                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4210                          */
4211                         if (lvl == 1) {
4212                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4213                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4214                                     L2_BLOCK)
4215                                         return (NULL);
4216                         }
4217                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4218                                 mpte =
4219                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4220                                 mpte->ref_count++;
4221                         } else {
4222                                 /*
4223                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4224                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4225                                  */
4226                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4227                                 if (mpte == NULL)
4228                                         return (mpte);
4229                         }
4230                 }
4231                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4232                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4233         } else {
4234                 mpte = NULL;
4235                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4236                 KASSERT(pde != NULL,
4237                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4238                      va));
4239                 KASSERT(lvl == 2,
4240                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4241                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4242         }
4243
4244         /*
4245          * Abort if a mapping already exists.
4246          */
4247         if (pmap_load(l3) != 0) {
4248                 if (mpte != NULL)
4249                         mpte->ref_count--;
4250                 return (NULL);
4251         }
4252
4253         /*
4254          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4255          */
4256         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4257             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4258                 if (mpte != NULL)
4259                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4260                 return (NULL);
4261         }
4262
4263         /*
4264          * Increment counters
4265          */
4266         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4267
4268         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4269         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4270             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4271         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4272             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4273                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4274         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4275                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4276         else
4277                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4278         if (pmap != kernel_pmap)
4279                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4280
4281         /*
4282          * Now validate mapping with RO protection
4283          */
4284         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4285                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4286                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4287         }
4288
4289         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4290         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4291             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4292                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4293
4294         pmap_store(l3, l3_val);
4295         dsb(ishst);
4296
4297         return (mpte);
4298 }
4299
4300 /*
4301  * This code maps large physical mmap regions into the
4302  * processor address space.  Note that some shortcuts
4303  * are taken, but the code works.
4304  */
4305 void
4306 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4307     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4308 {
4309
4310         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4311         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4312             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4313 }
4314
4315 /*
4316  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4317  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4318  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4319  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4320  *
4321  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4322  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4323  */
4324 void
4325 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4326 {
4327         vm_offset_t va_next;
4328         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4329         pt_entry_t *l3;
4330
4331         PMAP_LOCK(pmap);
4332         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4333                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4334                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4335                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4336                         if (va_next < sva)
4337                                 va_next = eva;
4338                         continue;
4339                 }
4340
4341                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4342                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4343                 if (va_next < sva)
4344                         va_next = eva;
4345                 if (pmap_load(l1) == 0)
4346                         continue;
4347
4348                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4349                         KASSERT(va_next <= eva,
4350                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4351                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4352                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4353                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4354                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4355                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4356                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4357                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4358                         continue;
4359                 }
4360
4361                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4362                 if (va_next < sva)
4363                         va_next = eva;
4364
4365                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4366                 if (pmap_load(l2) == 0)
4367                         continue;
4368
4369                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4370                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4371                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4372                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4373
4374                         /*
4375                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4376                          * demote the mapping and fall through.
4377                          */
4378                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4379                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4380                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4381                                     PAGE_SIZE;
4382                                 continue;
4383                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4384                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4385                 }
4386                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4387                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4388
4389                 if (va_next > eva)
4390                         va_next = eva;
4391                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4392                     sva += L3_SIZE) {
4393                         if (pmap_load(l3) == 0)
4394                                 continue;
4395                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4396                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4397                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4398
4399                         /*
4400                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4401                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4402                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4403                          */
4404                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4405                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4406                 }
4407         }
4408         PMAP_UNLOCK(pmap);
4409 }
4410
4411 /*
4412  *      Copy the range specified by src_addr/len
4413  *      from the source map to the range dst_addr/len
4414  *      in the destination map.
4415  *
4416  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4417  *
4418  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4419  *      it should not have to flush the instruction cache.
4420  */
4421 void
4422 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4423     vm_offset_t src_addr)
4424 {
4425         struct rwlock *lock;
4426         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4427         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4428         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4429         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
4430
4431         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4432         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4433
4434         if (dst_addr != src_addr)
4435                 return;
4436         end_addr = src_addr + len;
4437         lock = NULL;
4438         if (dst_pmap < src_pmap) {
4439                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4440                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4441         } else {
4442                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4443                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4444         }
4445         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4446                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4447                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4448                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4449                         if (va_next < addr)
4450                                 va_next = end_addr;
4451                         continue;
4452                 }
4453
4454                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4455                 if (va_next < addr)
4456                         va_next = end_addr;
4457                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4458                 if (pmap_load(l1) == 0)
4459                         continue;
4460                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4461                         KASSERT(va_next <= end_addr,
4462                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4463                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4464                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4465                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
4466                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4467                         if (l1 == NULL) {
4468                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
4469                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
4470                                         break;
4471                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4472                         } else {
4473                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
4474                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
4475                                     ~ATTR_MASK);
4476                                 dst_m->ref_count++;
4477                         }
4478                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
4479                             ("1G mapping present in dst pmap "
4480                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4481                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4482                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
4483                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
4484                         continue;
4485                 }
4486
4487                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4488                 if (va_next < addr)
4489                         va_next = end_addr;
4490                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4491                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4492                 if (srcptepaddr == 0)
4493                         continue;
4494                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4495                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4496                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4497                                 continue;
4498                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
4499                         if (l2 == NULL)
4500                                 break;
4501                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4502                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4503                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4504                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4505                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4506                                 nbits = 0;
4507                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4508                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4509                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4510                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4511                                     PAGE_SIZE);
4512                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4513                         } else
4514                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
4515                         continue;
4516                 }
4517                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4518                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4519                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4520                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4521                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4522                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4523                 if (va_next > end_addr)
4524                         va_next = end_addr;
4525                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4526                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4527                 dstmpte = NULL;
4528                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4529                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4530
4531                         /*
4532                          * We only virtual copy managed pages.
4533                          */
4534                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4535                                 continue;
4536
4537                         if (dstmpte != NULL) {
4538                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4539                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4540                                 dstmpte->ref_count++;
4541                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4542                             NULL)) == NULL)
4543                                 goto out;
4544                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4545                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4546                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4547                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4548                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4549                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4550                                 /*
4551                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4552                                  * (referenced) bits during the copy.
4553                                  */
4554                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4555                                 nbits = 0;
4556                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4557                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4558                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4559                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4560                         } else {
4561                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4562                                 goto out;
4563                         }
4564                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4565                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4566                                 break;
4567                 }
4568         }
4569 out:
4570         /*
4571          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4572          * not active.
4573          */
4574         dsb(ishst);
4575
4576         if (lock != NULL)
4577                 rw_wunlock(lock);
4578         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4579         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4580 }
4581
4582 /*
4583  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4584  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4585  */
4586 void
4587 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4588 {
4589         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4590
4591         pagezero((void *)va);
4592 }
4593
4594 /*
4595  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4596  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4597  *
4598  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4599  */
4600 void
4601 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4602 {
4603         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4604
4605         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4606                 pagezero((void *)va);
4607         else
4608                 bzero((char *)va + off, size);
4609 }
4610
4611 /*
4612  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4613  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4614  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4615  *      time.
4616  */
4617 void
4618 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4619 {
4620         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4621         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4622
4623         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4624 }
4625
4626 int unmapped_buf_allowed = 1;
4627
4628 void
4629 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4630     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4631 {
4632         void *a_cp, *b_cp;
4633         vm_page_t m_a, m_b;
4634         vm_paddr_t p_a, p_b;
4635         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4636         int cnt;
4637
4638         while (xfersize > 0) {
4639                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4640                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4641                 p_a = m_a->phys_addr;
4642                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4643                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4644                 p_b = m_b->phys_addr;
4645                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4646                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4647                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4648                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4649                 } else {
4650                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4651                 }
4652                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4653                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4654                 } else {
4655                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4656                 }
4657                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4658                 a_offset += cnt;
4659                 b_offset += cnt;
4660                 xfersize -= cnt;
4661         }
4662 }
4663
4664 vm_offset_t
4665 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4666 {
4667
4668         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4669 }
4670
4671 void
4672 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4673 {
4674 }
4675
4676 /*
4677  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4678  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4679  * be changed upwards or downwards in the future; it
4680  * is only necessary that true be returned for a small
4681  * subset of pmaps for proper page aging.
4682  */
4683 boolean_t
4684 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4685 {
4686         struct md_page *pvh;
4687         struct rwlock *lock;
4688         pv_entry_t pv;
4689         int loops = 0;
4690         boolean_t rv;
4691
4692         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4693             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4694         rv = FALSE;
4695         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4696         rw_rlock(lock);
4697         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4698                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4699                         rv = TRUE;
4700                         break;
4701                 }
4702                 loops++;
4703                 if (loops >= 16)
4704                         break;
4705         }
4706         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4707                 pvh = page_to_pvh(m);
4708                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4709                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4710                                 rv = TRUE;
4711                                 break;
4712                         }
4713                         loops++;
4714                         if (loops >= 16)
4715                                 break;
4716                 }
4717         }
4718         rw_runlock(lock);
4719         return (rv);
4720 }
4721
4722 /*
4723  *      pmap_page_wired_mappings:
4724  *
4725  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4726  *      that are wired.
4727  */
4728 int
4729 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4730 {
4731         struct rwlock *lock;
4732         struct md_page *pvh;
4733         pmap_t pmap;
4734         pt_entry_t *pte;
4735         pv_entry_t pv;
4736         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4737
4738         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4739                 return (0);
4740         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4741         rw_rlock(lock);
4742 restart:
4743         count = 0;
4744         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4745                 pmap = PV_PMAP(pv);
4746                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4747                         md_gen = m->md.pv_gen;
4748                         rw_runlock(lock);
4749                         PMAP_LOCK(pmap);
4750                         rw_rlock(lock);
4751                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4752                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4753                                 goto restart;
4754                         }
4755                 }
4756                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4757                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4758                         count++;
4759                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4760         }
4761         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4762                 pvh = page_to_pvh(m);
4763                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4764                         pmap = PV_PMAP(pv);
4765                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4766                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4767                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4768                                 rw_runlock(lock);
4769                                 PMAP_LOCK(pmap);
4770                                 rw_rlock(lock);
4771                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4772                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4773                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4774                                         goto restart;
4775                                 }
4776                         }
4777                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4778                         if (pte != NULL &&
4779                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4780                                 count++;
4781                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4782                 }
4783         }
4784         rw_runlock(lock);
4785         return (count);
4786 }
4787
4788 /*
4789  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4790  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4791  */
4792 bool
4793 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4794 {
4795         struct rwlock *lock;
4796         bool rv;
4797
4798         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4799                 return (false);
4800         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4801         rw_rlock(lock);
4802         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4803             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4804             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
4805         rw_runlock(lock);
4806         return (rv);
4807 }
4808
4809 /*
4810  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4811  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4812  * caller.
4813  *
4814  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4815  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4816  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4817  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4818  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4819  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4820  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4821  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4822  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4823  * this function starts.
4824  */
4825 void
4826 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4827 {
4828         pd_entry_t *pde;
4829         pt_entry_t *pte, tpte;
4830         struct spglist free;
4831         vm_page_t m, ml3, mt;
4832         pv_entry_t pv;
4833         struct md_page *pvh;
4834         struct pv_chunk *pc, *npc;
4835         struct rwlock *lock;
4836         int64_t bit;
4837         uint64_t inuse, bitmask;
4838         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4839         vm_paddr_t pa;
4840
4841         lock = NULL;
4842
4843         SLIST_INIT(&free);
4844         PMAP_LOCK(pmap);
4845         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4846                 allfree = 1;
4847                 freed = 0;
4848                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4849                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4850                         while (inuse != 0) {
4851                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4852                                 bitmask = 1UL << bit;
4853                                 idx = field * 64 + bit;
4854                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4855                                 inuse &= ~bitmask;
4856
4857                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4858                                 KASSERT(pde != NULL,
4859                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4860
4861                                 switch(lvl) {
4862                                 case 1:
4863                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4864                                         tpte = pmap_load(pte); 
4865                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4866                                             L2_BLOCK,
4867                                             ("Attempting to remove an invalid "
4868                                             "block: %lx", tpte));
4869                                         break;
4870                                 case 2:
4871                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4872                                         tpte = pmap_load(pte);
4873                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4874                                             L3_PAGE,
4875                                             ("Attempting to remove an invalid "
4876                                              "page: %lx", tpte));
4877                                         break;
4878                                 default:
4879                                         panic(
4880                                             "Invalid page directory level: %d",
4881                                             lvl);
4882                                 }
4883
4884 /*
4885  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4886  */
4887                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4888                                         allfree = 0;
4889                                         continue;
4890                                 }
4891
4892                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4893
4894                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4895                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4896                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4897                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4898                                     (uintmax_t)tpte));
4899
4900                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4901                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4902                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4903                                     (uintmax_t)tpte));
4904
4905                                 /*
4906                                  * Because this pmap is not active on other
4907                                  * processors, the dirty bit cannot have
4908                                  * changed state since we last loaded pte.
4909                                  */
4910                                 pmap_clear(pte);
4911
4912                                 /*
4913                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4914                                  */
4915                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
4916                                         switch (lvl) {
4917                                         case 1:
4918                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4919                                                         vm_page_dirty(mt);
4920                                                 break;
4921                                         case 2:
4922                                                 vm_page_dirty(m);
4923                                                 break;
4924                                         }
4925                                 }
4926
4927                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4928
4929                                 /* Mark free */
4930                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4931                                 switch (lvl) {
4932                                 case 1:
4933                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4934                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4935                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4936                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4937                                         pvh->pv_gen++;
4938                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4939                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4940                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4941                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4942                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4943                                         }
4944                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4945                                             pv->pv_va);
4946                                         if (ml3 != NULL) {
4947                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4948                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4949                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4950                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
4951                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
4952                                                 ml3->ref_count = 0;
4953                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4954                                                     &free, FALSE);
4955                                         }
4956                                         break;
4957                                 case 2:
4958                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4959                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4960                                             pv_next);
4961                                         m->md.pv_gen++;
4962                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4963                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4964                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4965                                                 pvh = page_to_pvh(m);
4966                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4967                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4968                                                             PGA_WRITEABLE);
4969                                         }
4970                                         break;
4971                                 }
4972                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4973                                     &free);
4974                                 freed++;
4975                         }
4976                 }
4977                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4978                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4979                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4980                 if (allfree) {
4981                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4982                         free_pv_chunk(pc);
4983                 }
4984         }
4985         if (lock != NULL)
4986                 rw_wunlock(lock);
4987         pmap_invalidate_all(pmap);
4988         PMAP_UNLOCK(pmap);
4989         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4990 }
4991
4992 /*
4993  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
4994  */
4995 static boolean_t
4996 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4997 {
4998         struct rwlock *lock;
4999         pv_entry_t pv;
5000         struct md_page *pvh;
5001         pt_entry_t *pte, mask, value;
5002         pmap_t pmap;
5003         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5004         boolean_t rv;
5005
5006         rv = FALSE;
5007         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5008         rw_rlock(lock);
5009 restart:
5010         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5011                 pmap = PV_PMAP(pv);
5012                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5013                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5014                         md_gen = m->md.pv_gen;
5015                         rw_runlock(lock);
5016                         PMAP_LOCK(pmap);
5017                         rw_rlock(lock);
5018                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5019                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5020                                 goto restart;
5021                         }
5022                 }
5023                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5024                 KASSERT(lvl == 3,
5025                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5026                 mask = 0;
5027                 value = 0;
5028                 if (modified) {
5029                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5030                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5031                 }
5032                 if (accessed) {
5033                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5034                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5035                 }
5036                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5037                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5038                 if (rv)
5039                         goto out;
5040         }
5041         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5042                 pvh = page_to_pvh(m);
5043                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5044                         pmap = PV_PMAP(pv);
5045                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5046                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5047                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5048                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5049                                 rw_runlock(lock);
5050                                 PMAP_LOCK(pmap);
5051                                 rw_rlock(lock);
5052                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5053                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5054                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5055                                         goto restart;
5056                                 }
5057                         }
5058                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5059                         KASSERT(lvl == 2,
5060                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5061                         mask = 0;
5062                         value = 0;
5063                         if (modified) {
5064                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5065                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5066                         }
5067                         if (accessed) {
5068                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5069                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5070                         }
5071                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5072                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5073                         if (rv)
5074                                 goto out;
5075                 }
5076         }
5077 out:
5078         rw_runlock(lock);
5079         return (rv);
5080 }
5081
5082 /*
5083  *      pmap_is_modified:
5084  *
5085  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5086  *      in any physical maps.
5087  */
5088 boolean_t
5089 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5090 {
5091
5092         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5093             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5094
5095         /*
5096          * If the page is not busied then this check is racy.
5097          */
5098         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5099                 return (FALSE);
5100         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5101 }
5102
5103 /*
5104  *      pmap_is_prefaultable:
5105  *
5106  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5107  *      for prefault.
5108  */
5109 boolean_t
5110 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5111 {
5112         pt_entry_t *pte;
5113         boolean_t rv;
5114         int lvl;
5115
5116         rv = FALSE;
5117         PMAP_LOCK(pmap);
5118         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5119         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
5120                 rv = TRUE;
5121         }
5122         PMAP_UNLOCK(pmap);
5123         return (rv);
5124 }
5125
5126 /*
5127  *      pmap_is_referenced:
5128  *
5129  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5130  *      in any physical maps.
5131  */
5132 boolean_t
5133 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5134 {
5135
5136         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5137             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5138         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5139 }
5140
5141 /*
5142  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5143  */
5144 void
5145 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5146 {
5147         struct md_page *pvh;
5148         pmap_t pmap;
5149         struct rwlock *lock;
5150         pv_entry_t next_pv, pv;
5151         pt_entry_t oldpte, *pte;
5152         vm_offset_t va;
5153         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5154
5155         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5156             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5157         vm_page_assert_busied(m);
5158
5159         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5160                 return;
5161         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5162         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5163 retry_pv_loop:
5164         rw_wlock(lock);
5165         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5166                 pmap = PV_PMAP(pv);
5167                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5168                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5169                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5170                         rw_wunlock(lock);
5171                         PMAP_LOCK(pmap);
5172                         rw_wlock(lock);
5173                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5174                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5175                                 rw_wunlock(lock);
5176                                 goto retry_pv_loop;
5177                         }
5178                 }
5179                 va = pv->pv_va;
5180                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5181                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5182                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5183                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5184                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5185                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5186                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5187         }
5188         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5189                 pmap = PV_PMAP(pv);
5190                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5191                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5192                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5193                         md_gen = m->md.pv_gen;
5194                         rw_wunlock(lock);
5195                         PMAP_LOCK(pmap);
5196                         rw_wlock(lock);
5197                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5198                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5199                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5200                                 rw_wunlock(lock);
5201                                 goto retry_pv_loop;
5202                         }
5203                 }
5204                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5205                 oldpte = pmap_load(pte);
5206 retry:
5207                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5208                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
5209                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5210                                 goto retry;
5211                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5212                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5213                                 vm_page_dirty(m);
5214                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5215                 }
5216                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5217         }
5218         rw_wunlock(lock);
5219         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5220 }
5221
5222 /*
5223  *      pmap_ts_referenced:
5224  *
5225  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5226  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5227  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5228  *      reference bits set.
5229  *
5230  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5231  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5232  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5233  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5234  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5235  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5236  *      to pmap_is_modified().
5237  */
5238 int
5239 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5240 {
5241         struct md_page *pvh;
5242         pv_entry_t pv, pvf;
5243         pmap_t pmap;
5244         struct rwlock *lock;
5245         pd_entry_t *pde, tpde;
5246         pt_entry_t *pte, tpte;
5247         vm_offset_t va;
5248         vm_paddr_t pa;
5249         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5250         struct spglist free;
5251
5252         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5253             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5254         SLIST_INIT(&free);
5255         cleared = 0;
5256         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5257         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5258         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5259         rw_wlock(lock);
5260 retry:
5261         not_cleared = 0;
5262         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5263                 goto small_mappings;
5264         pv = pvf;
5265         do {
5266                 if (pvf == NULL)
5267                         pvf = pv;
5268                 pmap = PV_PMAP(pv);
5269                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5270                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5271                         rw_wunlock(lock);
5272                         PMAP_LOCK(pmap);
5273                         rw_wlock(lock);
5274                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5275                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5276                                 goto retry;
5277                         }
5278                 }
5279                 va = pv->pv_va;
5280                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5281                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5282                 KASSERT(lvl == 1,
5283                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5284                 tpde = pmap_load(pde);
5285                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5286                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5287                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5288                 tpte = pmap_load(pte);
5289                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5290                         /*
5291                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5292                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5293                          * we only update the 4KB page under test.
5294                          */
5295                         vm_page_dirty(m);
5296                 }
5297
5298                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5299                         /*
5300                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5301                          * it should not be cleared every time it is tested.
5302                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5303                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5304                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5305                          * which testing the reference bit will result in
5306                          * clearing that reference bit.  This function is
5307                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5308                          * for every 2MB page mapping.
5309                          *
5310                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5311                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5312                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5313                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5314                          * since the superpage is wired, the current state of
5315                          * its reference bit won't affect page replacement.
5316                          */
5317                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5318                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5319                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5320                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5321                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5322                                 cleared++;
5323                         } else
5324                                 not_cleared++;
5325                 }
5326                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5327                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5328                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5329                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5330                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5331                         pvh->pv_gen++;
5332                 }
5333                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5334                         goto out;
5335         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5336 small_mappings:
5337         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5338                 goto out;
5339         pv = pvf;
5340         do {
5341                 if (pvf == NULL)
5342                         pvf = pv;
5343                 pmap = PV_PMAP(pv);
5344                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5345                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5346                         md_gen = m->md.pv_gen;
5347                         rw_wunlock(lock);
5348                         PMAP_LOCK(pmap);
5349                         rw_wlock(lock);
5350                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5351                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5352                                 goto retry;
5353                         }
5354                 }
5355                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5356                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5357                 KASSERT(lvl == 2,
5358                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5359                 tpde = pmap_load(pde);
5360                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5361                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5362                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5363                 tpte = pmap_load(pte);
5364                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5365                         vm_page_dirty(m);
5366                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5367                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5368                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5369                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5370                                 cleared++;
5371                         } else
5372                                 not_cleared++;
5373                 }
5374                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5375                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5376                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5377                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5378                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5379                         m->md.pv_gen++;
5380                 }
5381         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5382             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5383 out:
5384         rw_wunlock(lock);
5385         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5386         return (cleared + not_cleared);
5387 }
5388
5389 /*
5390  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5391  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5392  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5393  */
5394 void
5395 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5396 {
5397         struct rwlock *lock;
5398         vm_offset_t va, va_next;
5399         vm_page_t m;
5400         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5401         pt_entry_t *l3, oldl3;
5402
5403         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5404
5405         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5406                 return;
5407
5408         PMAP_LOCK(pmap);
5409         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5410                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5411                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5412                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5413                         if (va_next < sva)
5414                                 va_next = eva;
5415                         continue;
5416                 }
5417
5418                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5419                 if (va_next < sva)
5420                         va_next = eva;
5421                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5422                 if (pmap_load(l1) == 0)
5423                         continue;
5424                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5425                         KASSERT(va_next <= eva,
5426                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5427                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5428                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
5429                         continue;
5430                 }
5431
5432                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5433                 if (va_next < sva)
5434                         va_next = eva;
5435                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5436                 oldl2 = pmap_load(l2);
5437                 if (oldl2 == 0)
5438                         continue;
5439                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5440                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5441                                 continue;
5442                         lock = NULL;
5443                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5444                                 if (lock != NULL)
5445                                         rw_wunlock(lock);
5446
5447                                 /*
5448                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5449                                  */
5450                                 continue;
5451                         }
5452
5453                         /*
5454                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5455                          * mapping to a single page so that a subsequent
5456                          * access may repromote.  Choosing the last page
5457                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5458                          * generally results in more repromotions.  Since the
5459                          * underlying page table page is fully populated, this
5460                          * removal never frees a page table page.
5461                          */
5462                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5463                                 va = eva;
5464                                 if (va > va_next)
5465                                         va = va_next;
5466                                 va -= PAGE_SIZE;
5467                                 KASSERT(va >= sva,
5468                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5469                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5470                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5471                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5472                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5473                                     NULL, &lock);
5474                         }
5475                         if (lock != NULL)
5476                                 rw_wunlock(lock);
5477                 }
5478                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5479                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5480                 if (va_next > eva)
5481                         va_next = eva;
5482                 va = va_next;
5483                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5484                     sva += L3_SIZE) {
5485                         oldl3 = pmap_load(l3);
5486                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5487                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5488                                 goto maybe_invlrng;
5489                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5490                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5491                                         /*
5492                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5493                                          * can be avoided by making the page
5494                                          * dirty now.
5495                                          */
5496                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5497                                         vm_page_dirty(m);
5498                                 }
5499                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5500                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5501                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5502                                         cpu_spinwait();
5503                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5504                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5505                         else
5506                                 goto maybe_invlrng;
5507                         if (va == va_next)
5508                                 va = sva;
5509                         continue;
5510 maybe_invlrng:
5511                         if (va != va_next) {
5512                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5513                                 va = va_next;
5514                         }
5515                 }
5516                 if (va != va_next)
5517                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5518         }
5519         PMAP_UNLOCK(pmap);
5520 }
5521
5522 /*
5523  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5524  */
5525 void
5526 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5527 {
5528         struct md_page *pvh;
5529         struct rwlock *lock;
5530         pmap_t pmap;
5531         pv_entry_t next_pv, pv;
5532         pd_entry_t *l2, oldl2;
5533         pt_entry_t *l3, oldl3;
5534         vm_offset_t va;
5535         int md_gen, pvh_gen;
5536
5537         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5538             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5539         vm_page_assert_busied(m);
5540
5541         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5542                 return;
5543         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5544         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5545         rw_wlock(lock);
5546 restart:
5547         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5548                 pmap = PV_PMAP(pv);
5549                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5550                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5551                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5552                         rw_wunlock(lock);
5553                         PMAP_LOCK(pmap);
5554                         rw_wlock(lock);
5555                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5556                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5557                                 goto restart;
5558                         }
5559                 }
5560                 va = pv->pv_va;
5561                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5562                 oldl2 = pmap_load(l2);
5563                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5564                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5565                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5566                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5567                         /*
5568                          * Write protect the mapping to a single page so that
5569                          * a subsequent write access may repromote.
5570                          */
5571                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5572                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5573                         oldl3 = pmap_load(l3);
5574                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5575                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5576                                 cpu_spinwait();
5577                         vm_page_dirty(m);
5578                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5579                 }
5580                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5581         }
5582         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5583                 pmap = PV_PMAP(pv);
5584                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5585                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5586                         md_gen = m->md.pv_gen;
5587                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5588                         rw_wunlock(lock);
5589                         PMAP_LOCK(pmap);
5590                         rw_wlock(lock);
5591                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5592                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5593                                 goto restart;
5594                         }
5595                 }
5596                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5597                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5598                 oldl3 = pmap_load(l3);
5599                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5600                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5601                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5602                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5603                 }
5604                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5605         }
5606         rw_wunlock(lock);
5607 }
5608
5609 void *
5610 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5611 {
5612         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5613         vm_offset_t va, offset;
5614         pd_entry_t *pde;
5615         pt_entry_t *l2;
5616         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5617
5618         if (!vm_initialized) {
5619                 /*
5620                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5621                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5622                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5623                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5624                  */
5625                  if (size == 0)
5626                          return (NULL);
5627
5628                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5629                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5630                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5631
5632                 offset = pa & L2_OFFSET;
5633
5634                 if (preinit_map_va == 0)
5635                         return (NULL);
5636
5637                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5638
5639                 free_l2_count = 0;
5640                 start_idx = -1;
5641                 /* Find enough free contiguous VA space */
5642                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5643                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5644                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5645                                 /* Not enough space here */
5646                                 free_l2_count = 0;
5647                                 start_idx = -1;
5648                                 continue;
5649                         }
5650
5651                         if (ppim->pa == 0) {
5652                                 /* Free L2 block */
5653                                 if (start_idx == -1)
5654                                         start_idx = i;
5655                                 free_l2_count++;
5656                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5657                                         break;
5658                         }
5659                 }
5660                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5661                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5662
5663                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5664                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5665                         /* Mark entries as allocated */
5666                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5667                         ppim->pa = pa;
5668                         ppim->va = va + offset;
5669                         ppim->size = size;
5670                 }
5671
5672                 /* Map L2 blocks */
5673                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5674                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5675                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5676                         KASSERT(pde != NULL,
5677                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5678                             va));
5679                         KASSERT(lvl == 1,
5680                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5681
5682                         /* Insert L2_BLOCK */
5683                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5684                         pmap_load_store(l2,
5685                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5686                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5687
5688                         va += L2_SIZE;
5689                         pa += L2_SIZE;
5690                 }
5691                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5692
5693                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5694
5695         } else {
5696                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5697                 offset = pa & PAGE_MASK;
5698                 size = round_page(offset + size);
5699
5700                 va = kva_alloc(size);
5701                 if (va == 0)
5702                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5703
5704                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5705                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5706
5707                 /* L3 table is linked */
5708                 va = trunc_page(va);
5709                 pa = trunc_page(pa);
5710                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
5711         }
5712
5713         return ((void *)(va + offset));
5714 }
5715
5716 void
5717 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5718 {
5719         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5720         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5721         pd_entry_t *pde;
5722         pt_entry_t *l2;
5723         int i, lvl, l2_blocks, block;
5724         bool preinit_map;
5725
5726         l2_blocks =
5727            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5728         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5729
5730         /* Remove preinit mapping */
5731         preinit_map = false;
5732         block = 0;
5733         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5734                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5735                 if (ppim->va == va) {
5736                         KASSERT(ppim->size == size,
5737                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5738                         ppim->va = 0;
5739                         ppim->pa = 0;
5740                         ppim->size = 0;
5741                         preinit_map = true;
5742                         offset = block * L2_SIZE;
5743                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5744
5745                         /* Remove L2_BLOCK */
5746                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5747                         KASSERT(pde != NULL,
5748                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5749                             va_trunc));
5750                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5751                         pmap_clear(l2);
5752
5753                         if (block == (l2_blocks - 1))
5754                                 break;
5755                         block++;
5756                 }
5757         }
5758         if (preinit_map) {
5759                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5760                 return;
5761         }
5762
5763         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5764         if (vm_initialized) {
5765                 offset = va & PAGE_MASK;
5766                 size = round_page(offset + size);
5767                 va = trunc_page(va);
5768
5769                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5770                 KASSERT(pde != NULL,
5771                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5772                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5773
5774                 /* Unmap and invalidate the pages */
5775                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5776                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5777
5778                 kva_free(va, size);
5779         }
5780 }
5781
5782 /*
5783  * Sets the memory attribute for the specified page.
5784  */
5785 void
5786 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5787 {
5788
5789         m->md.pv_memattr = ma;
5790
5791         /*
5792          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5793          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5794          * required for data coherence.
5795          */
5796         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5797             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5798             m->md.pv_memattr) != 0)
5799                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5800 }
5801
5802 /*
5803  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5804  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5805  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5806  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5807  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5808  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5809  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5810  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5811  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5812  * same physical page have different memory types.
5813  *
5814  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5815  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5816  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5817  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5818  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5819  * virtual address range or the direct map.
5820  */
5821 int
5822 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5823 {
5824         int error;
5825
5826         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5827         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5828         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5829         return (error);
5830 }
5831
5832 static int
5833 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5834 {
5835         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5836         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5837         int lvl;
5838
5839         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5840         base = trunc_page(va);
5841         offset = va & PAGE_MASK;
5842         size = round_page(offset + size);
5843
5844         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
5845             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
5846                 return (EINVAL);
5847
5848         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5849                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5850                 if (pte == NULL)
5851                         return (EINVAL);
5852
5853                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
5854                         /*
5855                          * We already have the correct attribute,
5856                          * ignore this entry.
5857                          */
5858                         switch (lvl) {
5859                         default:
5860                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5861                         case 1:
5862                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5863                                 break;
5864                         case 2:
5865                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5866                                 break;
5867                         case 3:
5868                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5869                                 break;
5870                         }
5871                 } else {
5872                         /*
5873                          * Split the entry to an level 3 table, then
5874                          * set the new attribute.
5875                          */
5876                         switch (lvl) {
5877                         default:
5878                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5879                         case 1:
5880                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5881                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5882                                 if (newpte == NULL)
5883                                         return (EINVAL);
5884                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5885                         case 2:
5886                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5887                                     tmpva);
5888                                 if (newpte == NULL)
5889                                         return (EINVAL);
5890                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5891                         case 3:
5892                                 /* Update the entry */
5893                                 l3 = pmap_load(pte);
5894                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
5895                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
5896                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
5897                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
5898
5899                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5900                                     PAGE_SIZE);
5901
5902                                 /*
5903                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5904                                  * the cache.
5905                                  */
5906                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5907                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5908
5909                                 break;
5910                         }
5911                         tmpva += PAGE_SIZE;
5912                 }
5913         }
5914
5915         return (0);
5916 }
5917
5918 /*
5919  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5920  */
5921 static pt_entry_t *
5922 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5923 {
5924         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5925         vm_offset_t tmpl1;
5926         vm_paddr_t l2phys, phys;
5927         vm_page_t ml2;
5928         int i;
5929
5930         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5931         oldl1 = pmap_load(l1);
5932         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5933             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5934         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5935             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5936         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5937             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5938
5939         tmpl1 = 0;
5940         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5941                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5942                 if (tmpl1 == 0)
5943                         return (NULL);
5944         }
5945
5946         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5947             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5948                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5949                     " in pmap %p", va, pmap);
5950                 return (NULL);
5951         }
5952
5953         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5954         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5955
5956         /* Address the range points at */
5957         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5958         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5959         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5960
5961         /* Create the new entries */
5962         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5963                 l2[i] = newl2 | phys;
5964                 phys += L2_SIZE;
5965         }
5966         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5967             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5968             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5969
5970         if (tmpl1 != 0) {
5971                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5972                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
5973                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5974                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5975         }
5976
5977         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5978
5979         if (tmpl1 != 0) {
5980                 pmap_kremove(tmpl1);
5981                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5982         }
5983
5984         return (l2);
5985 }
5986
5987 static void
5988 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5989 {
5990         pt_entry_t *l3;
5991
5992         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5993                 *l3 = newl3;
5994                 newl3 += L3_SIZE;
5995         }
5996 }
5997
5998 static void
5999 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6000     struct rwlock **lockp)
6001 {
6002         struct spglist free;
6003
6004         SLIST_INIT(&free);
6005         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6006             lockp);
6007         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6008 }
6009
6010 /*
6011  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6012  */
6013 static pt_entry_t *
6014 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6015     struct rwlock **lockp)
6016 {
6017         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6018         vm_offset_t tmpl2;
6019         vm_paddr_t l3phys;
6020         vm_page_t ml3;
6021
6022         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6023         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6024         l3 = NULL;
6025         oldl2 = pmap_load(l2);
6026         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6027             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6028         va &= ~L2_OFFSET;
6029
6030         tmpl2 = 0;
6031         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6032                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6033                 if (tmpl2 == 0)
6034                         return (NULL);
6035         }
6036
6037         /*
6038          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6039          * mapping was never accessed.
6040          */
6041         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6042                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6043                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6044                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6045                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6046                     va, pmap);
6047                 goto fail;
6048         }
6049
6050         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6051                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6052                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6053                     " is missing"));
6054
6055                 /*
6056                  * If the page table page is missing and the mapping
6057                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6058                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
6059                  * for every other part of the kernel address space,
6060                  * so the direct map region is the only part of the
6061                  * kernel address space that must be handled here.
6062                  */
6063                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
6064                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6065
6066                 /*
6067                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6068                  * region of the kernel's address space, then the page
6069                  * allocation request specifies the highest possible
6070                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6071                  * priority is normal.
6072                  */
6073                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
6074                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
6075                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
6076
6077                 /*
6078                  * If the allocation of the new page table page fails,
6079                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6080                  */
6081                 if (ml3 == NULL) {
6082                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6083                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6084                             " in pmap %p", va, pmap);
6085                         goto fail;
6086                 }
6087
6088                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6089                         ml3->ref_count = NL3PG;
6090                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6091                 }
6092         }
6093         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6094         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6095         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6096         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6097             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6098             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6099
6100         /*
6101          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6102          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6103          *
6104          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6105          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6106          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6107          */
6108         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6109                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6110
6111         /*
6112          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6113          */
6114         if (tmpl2 != 0) {
6115                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6116                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6117                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6118                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6119         }
6120
6121         /*
6122          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6123          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6124          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6125          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6126          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6127          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6128          */
6129         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6130                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6131
6132         /*
6133          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6134          * the 2MB page mapping.
6135          */
6136         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6137
6138         /*
6139          * Demote the PV entry.
6140          */
6141         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6142                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6143
6144         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6145         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6146             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6147
6148 fail:
6149         if (tmpl2 != 0) {
6150                 pmap_kremove(tmpl2);
6151                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6152         }
6153
6154         return (l3);
6155
6156 }
6157
6158 static pt_entry_t *
6159 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6160 {
6161         struct rwlock *lock;
6162         pt_entry_t *l3;
6163
6164         lock = NULL;
6165         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6166         if (lock != NULL)
6167                 rw_wunlock(lock);
6168         return (l3);
6169 }
6170
6171 /*
6172  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6173  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6174  * find other mappings.
6175  */
6176 int
6177 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6178 {
6179         pt_entry_t *pte, tpte;
6180         vm_paddr_t mask, pa;
6181         int lvl, val;
6182         bool managed;
6183
6184         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6185         PMAP_LOCK(pmap);
6186         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6187         if (pte != NULL) {
6188                 tpte = pmap_load(pte);
6189
6190                 switch (lvl) {
6191                 case 3:
6192                         mask = L3_OFFSET;
6193                         break;
6194                 case 2:
6195                         mask = L2_OFFSET;
6196                         break;
6197                 case 1:
6198                         mask = L1_OFFSET;
6199                         break;
6200                 default:
6201                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6202                 }
6203
6204                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6205                 val = MINCORE_INCORE;
6206                 if (lvl != 3)
6207                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6208                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6209                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6210                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6211                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6212                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6213
6214                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6215         } else {
6216                 managed = false;
6217                 val = 0;
6218         }
6219
6220         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6221             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6222                 *pap = pa;
6223         }
6224         PMAP_UNLOCK(pmap);
6225         return (val);
6226 }
6227
6228 /*
6229  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6230  * reserved.
6231  */
6232 static void
6233 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6234 {
6235         pmap_t curpmap;
6236         int asid, cpuid, epoch;
6237         struct asid_set *set;
6238         enum pmap_stage stage;
6239
6240         set = pmap->pm_asid_set;
6241         stage = pmap->pm_stage;
6242
6243         set = pmap->pm_asid_set;
6244         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6245         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6246
6247         /*
6248          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6249          * loads from pc_curpmap are performed.
6250          */
6251         epoch = set->asid_epoch + 1;
6252         if (epoch == INT_MAX)
6253                 epoch = 0;
6254         set->asid_epoch = epoch;
6255         dsb(ishst);
6256         if (stage == PM_STAGE1) {
6257                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6258         } else {
6259                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6260                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6261                     __func__));
6262                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6263         }
6264         dsb(ish);
6265         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6266             set->asid_set_size - 1);
6267         CPU_FOREACH(cpuid) {
6268                 if (cpuid == curcpu)
6269                         continue;
6270                 if (stage == PM_STAGE1) {
6271                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6272                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6273                 } else {
6274                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6275                         if (curpmap == NULL)
6276                                 continue;
6277                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6278                 }
6279                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6280                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6281                 if (asid == -1)
6282                         continue;
6283                 bit_set(set->asid_set, asid);
6284                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6285         }
6286 }
6287
6288 /*
6289  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6290  */
6291 static void
6292 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6293 {
6294         struct asid_set *set;
6295         int new_asid;
6296
6297         set = pmap->pm_asid_set;
6298         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6299
6300         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6301
6302         /*
6303          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6304          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6305          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6306          * don't need to allocate a new ASID.
6307          */
6308         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6309                 goto out;
6310
6311         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6312             &new_asid);
6313         if (new_asid == -1) {
6314                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6315                     set->asid_next, &new_asid);
6316                 if (new_asid == -1) {
6317                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6318                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6319                             set->asid_set_size, &new_asid);
6320                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6321                 }
6322         }
6323         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6324         set->asid_next = new_asid + 1;
6325         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6326 out:
6327         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6328 }
6329
6330 /*
6331  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6332  * pmap.  This value may change from time to time.
6333  */
6334 uint64_t
6335 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6336 {
6337
6338         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6339             pmap->pm_l0_paddr);
6340 }
6341
6342 static bool
6343 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6344 {
6345         struct asid_set *set;
6346         int epoch;
6347
6348         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6349         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6350
6351         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6352             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6353                 /*
6354                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6355                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6356                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6357                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6358                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6359                  * instructions performed on the old processor have completed.
6360                  */
6361                 dsb(ish);
6362                 return (false);
6363         }
6364
6365         set = pmap->pm_asid_set;
6366         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6367
6368         /*
6369          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6370          * load from asid_epoch is performed.
6371          */
6372         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6373                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6374         else
6375                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6376         dsb(ish);
6377         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6378         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6379                 pmap_alloc_asid(pmap);
6380
6381         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6382                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6383                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6384                         invalidate_local_icache();
6385         }
6386         return (true);
6387 }
6388
6389 void
6390 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6391 {
6392
6393         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6394
6395         (void)pmap_activate_int(pmap);
6396 }
6397
6398 void
6399 pmap_activate(struct thread *td)
6400 {
6401         pmap_t  pmap;
6402
6403         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6404         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6405         critical_enter();
6406         (void)pmap_activate_int(pmap);
6407         critical_exit();
6408 }
6409
6410 /*
6411  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6412  * to cpu_switch().
6413  */
6414 struct pcb *
6415 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6416 {
6417         pcpu_bp_harden bp_harden;
6418         struct pcb *pcb;
6419
6420         /* Store the new curthread */
6421         PCPU_SET(curthread, new);
6422
6423         /* And the new pcb */
6424         pcb = new->td_pcb;
6425         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6426
6427         /*
6428          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6429          * to a user process.
6430          */
6431
6432         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6433                 /*
6434                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6435                  * other processes. This will call into a CPU specific
6436                  * function that clears the branch predictor state.
6437                  */
6438                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6439                 if (bp_harden != NULL)
6440                         bp_harden();
6441         }
6442
6443         return (pcb);
6444 }
6445
6446 void
6447 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6448 {
6449
6450         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6451         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6452                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6453         } else {
6454                 u_int len, offset;
6455                 vm_paddr_t pa;
6456
6457                 /* Find the length of data in this page to flush */
6458                 offset = va & PAGE_MASK;
6459                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6460
6461                 while (sz != 0) {
6462                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6463                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6464                         if (pa != 0)
6465                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6466
6467                         /* Move to the next page */
6468                         sz -= len;
6469                         va += len;
6470                         /* Set the length for the next iteration */
6471                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6472                 }
6473         }
6474 }
6475
6476 static int
6477 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6478 {
6479         pd_entry_t *pdep;
6480         pt_entry_t *ptep, pte;
6481         int rv, lvl, dfsc;
6482
6483         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6484         rv = KERN_FAILURE;
6485
6486         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6487         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6488         switch (dfsc) {
6489         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6490         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6491         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6492         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6493                 PMAP_LOCK(pmap);
6494                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6495                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6496                         PMAP_LOCK(pmap);
6497                         break;
6498                 }
6499
6500                 switch (lvl) {
6501                 case 0:
6502                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6503                         break;
6504                 case 1:
6505                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6506                         break;
6507                 case 2:
6508                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6509                         break;
6510                 default:
6511                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6512                 }
6513                 goto fault_exec;
6514
6515         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6516         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6517         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6518                 PMAP_LOCK(pmap);
6519                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6520 fault_exec:
6521                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6522                         if (icache_vmid) {
6523                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6524                         } else {
6525                                 /*
6526                                  * If accessing an executable page invalidate
6527                                  * the I-cache so it will be valid when we
6528                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6529                                  * is assumed to already be clean to the Point
6530                                  * of Coherency.
6531                                  */
6532                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6533                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6534                                         invalidate_icache();
6535                                 }
6536                         }
6537                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6538                         rv = KERN_SUCCESS;
6539                 }
6540                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6541                 break;
6542         }
6543
6544         return (rv);
6545 }
6546
6547 int
6548 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6549 {
6550         pt_entry_t pte, *ptep;
6551         register_t intr;
6552         uint64_t ec, par;
6553         int lvl, rv;
6554
6555         rv = KERN_FAILURE;
6556
6557         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6558         switch (ec) {
6559         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6560         case EXCP_INSN_ABORT:
6561         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6562         case EXCP_DATA_ABORT:
6563                 break;
6564         default:
6565                 return (rv);
6566         }
6567
6568         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6569                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6570
6571         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6572         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6573         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6574         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6575         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6576                 PMAP_LOCK(pmap);
6577                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6578                 if (ptep != NULL) {
6579                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6580                         rv = KERN_SUCCESS;
6581                         /*
6582                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6583                          * dirty if this is a write fault.
6584                          */
6585                 }
6586                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6587                 break;
6588         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6589         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6590         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6591                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6592                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6593                         return (rv);
6594                 PMAP_LOCK(pmap);
6595                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6596                 if (ptep != NULL &&
6597                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6598                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6599                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6600                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6601                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6602                         }
6603                         rv = KERN_SUCCESS;
6604                 }
6605                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6606                 break;
6607         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6608         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6609         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6610         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6611                 /*
6612                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6613                  * produce a transient fault.
6614                  */
6615                 if (pmap == kernel_pmap) {
6616                         /*
6617                          * The translation fault may have occurred within a
6618                          * critical section.  Therefore, we must check the
6619                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6620                          */
6621                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6622                                 rv = KERN_SUCCESS;
6623                 } else {
6624                         PMAP_LOCK(pmap);
6625                         /* Ask the MMU to check the address. */
6626                         intr = intr_disable();
6627                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6628                         intr_restore(intr);
6629                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6630
6631                         /*
6632                          * If the translation was successful, then we can
6633                          * return success to the trap handler.
6634                          */
6635                         if (PAR_SUCCESS(par))
6636                                 rv = KERN_SUCCESS;
6637                 }
6638                 break;
6639         }
6640
6641         return (rv);
6642 }
6643
6644 /*
6645  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6646  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6647  */
6648 void
6649 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6650     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6651 {
6652         vm_offset_t superpage_offset;
6653
6654         if (size < L2_SIZE)
6655                 return;
6656         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6657                 offset += ptoa(object->pg_color);
6658         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6659         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6660             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6661                 return;
6662         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6663                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6664         else
6665                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6666 }
6667
6668 /**
6669  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6670  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6671  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6672  *
6673  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6674  *                    address on the kernel memory map.
6675  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6676  *                    of the pages passed in the page parameter.
6677  * \param count       Number of pages passed in.
6678  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6679  *                    page faults, FALSE otherwise.
6680  *
6681  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6682  *          finished or FALSE otherwise.
6683  *
6684  */
6685 boolean_t
6686 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6687     boolean_t can_fault)
6688 {
6689         vm_paddr_t paddr;
6690         boolean_t needs_mapping;
6691         int error, i;
6692
6693         /*
6694          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6695          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6696          */
6697         needs_mapping = FALSE;
6698         for (i = 0; i < count; i++) {
6699                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6700                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6701                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6702                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6703                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6704                         needs_mapping = TRUE;
6705                 } else {
6706                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6707                 }
6708         }
6709
6710         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6711         if (!needs_mapping)
6712                 return (FALSE);
6713
6714         if (!can_fault)
6715                 sched_pin();
6716         for (i = 0; i < count; i++) {
6717                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6718                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6719                         panic(
6720                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6721                 }
6722         }
6723
6724         return (needs_mapping);
6725 }
6726
6727 void
6728 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6729     boolean_t can_fault)
6730 {
6731         vm_paddr_t paddr;
6732         int i;
6733
6734         if (!can_fault)
6735                 sched_unpin();
6736         for (i = 0; i < count; i++) {
6737                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6738                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6739                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6740                 }
6741         }
6742 }
6743
6744 boolean_t
6745 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6746 {
6747
6748         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6749 }
6750
6751 /*
6752  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6753  * in various mapping attributes.
6754  */
6755 struct pmap_kernel_map_range {
6756         vm_offset_t sva;
6757         pt_entry_t attrs;
6758         int l3pages;
6759         int l3contig;
6760         int l2blocks;
6761         int l1blocks;
6762 };
6763
6764 static void
6765 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6766     vm_offset_t eva)
6767 {
6768         const char *mode;
6769         int index;
6770
6771         if (eva <= range->sva)
6772                 return;
6773
6774         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6775         switch (index) {
6776         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6777                 mode = "DEV";
6778                 break;
6779         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6780                 mode = "UC";
6781                 break;
6782         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6783                 mode = "WB";
6784                 break;
6785         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6786                 mode = "WT";
6787                 break;
6788         default:
6789                 printf(
6790                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6791                     __func__, index, range->sva, eva);
6792                 mode = "??";
6793                 break;
6794         }
6795
6796         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6797             range->sva, eva,
6798             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
6799             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6800             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6801             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6802             range->l3pages);
6803
6804         /* Reset to sentinel value. */
6805         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6806 }
6807
6808 /*
6809  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6810  * being tracked by the current range.
6811  */
6812 static bool
6813 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6814 {
6815
6816         return (range->attrs == attrs);
6817 }
6818
6819 static void
6820 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6821     pt_entry_t attrs)
6822 {
6823
6824         memset(range, 0, sizeof(*range));
6825         range->sva = va;
6826         range->attrs = attrs;
6827 }
6828
6829 /*
6830  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6831  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6832  * begin a new run.
6833  */
6834 static void
6835 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6836     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
6837     pt_entry_t l3e)
6838 {
6839         pt_entry_t attrs;
6840
6841         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6842         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6843         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
6844                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6845         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6846         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
6847                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6848         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
6849
6850         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6851                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6852                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6853         }
6854 }
6855
6856 static int
6857 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6858 {
6859         struct pmap_kernel_map_range range;
6860         struct sbuf sbuf, *sb;
6861         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
6862         pt_entry_t *l3, l3e;
6863         vm_offset_t sva;
6864         vm_paddr_t pa;
6865         int error, i, j, k, l;
6866
6867         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6868         if (error != 0)
6869                 return (error);
6870         sb = &sbuf;
6871         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6872
6873         /* Sentinel value. */
6874         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
6875
6876         /*
6877          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
6878          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
6879          * observe inconsistencies in the output.
6880          */
6881         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
6882             i++) {
6883                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
6884                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
6885                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
6886                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
6887
6888                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
6889                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6890                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6891                         sva += L0_SIZE;
6892                         continue;
6893                 }
6894                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
6895                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6896
6897                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
6898                         l1e = l1[j];
6899                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6900                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6901                                 sva += L1_SIZE;
6902                                 continue;
6903                         }
6904                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6905                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
6906                                     0, 0);
6907                                 range.l1blocks++;
6908                                 sva += L1_SIZE;
6909                                 continue;
6910                         }
6911                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
6912                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6913
6914                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
6915                                 l2e = l2[k];
6916                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6917                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6918                                         sva += L2_SIZE;
6919                                         continue;
6920                                 }
6921                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6922                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6923                                             l0e, l1e, l2e, 0);
6924                                         range.l2blocks++;
6925                                         sva += L2_SIZE;
6926                                         continue;
6927                                 }
6928                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
6929                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6930
6931                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
6932                                     l++, sva += L3_SIZE) {
6933                                         l3e = l3[l];
6934                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6935                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
6936                                                     sva);
6937                                                 continue;
6938                                         }
6939                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6940                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
6941                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
6942                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
6943                                                     1 : 0;
6944                                         else
6945                                                 range.l3pages++;
6946                                 }
6947                         }
6948                 }
6949         }
6950
6951         error = sbuf_finish(sb);
6952         sbuf_delete(sb);
6953         return (error);
6954 }
6955 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
6956     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
6957     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
6958     "Dump kernel address layout");