]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
Assert we are not traversing through superpages in the arm64 pmap.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/uma.h>
147
148 #include <machine/machdep.h>
149 #include <machine/md_var.h>
150 #include <machine/pcb.h>
151
152 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
154
155 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
156 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
159
160 #define NUL0E           L0_ENTRIES
161 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
162 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
182
183 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
184
185 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
186                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
187
188 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
189         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
190         struct rwlock *_new_lock;                       \
191                                                         \
192         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
193         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
194                 if (*_lockp != NULL)                    \
195                         rw_wunlock(*_lockp);            \
196                 *_lockp = _new_lock;                    \
197                 rw_wlock(*_lockp);                      \
198         }                                               \
199 } while (0)
200
201 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
202                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
203
204 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
205         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
206                                                         \
207         if (*_lockp != NULL) {                          \
208                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
209                 *_lockp = NULL;                         \
210         }                                               \
211 } while (0)
212
213 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
214                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
215
216 /*
217  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
218  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
219  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
220  *
221  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
222  * as a software managed bit.
223  */
224 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
225
226 struct pmap kernel_pmap_store;
227
228 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
229 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
230 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
231 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
232 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
233
234 /*
235  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
236  * Always map entire L2 block for simplicity.
237  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
238  */
239 static struct pmap_preinit_mapping {
240         vm_paddr_t      pa;
241         vm_offset_t     va;
242         vm_size_t       size;
243 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
244
245 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
246 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
247 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
248
249 /*
250  * Data for the pv entry allocation mechanism.
251  */
252 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
253 static struct mtx pv_chunks_mutex;
254 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
255 static struct md_page *pv_table;
256 static struct md_page pv_dummy;
257
258 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
259 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
260 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
261
262 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
263 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
264 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
265
266 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
267 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
268
269 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
270 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
271 static u_int physmap_idx;
272
273 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
274     "VM/pmap parameters");
275
276 /*
277  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
278  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
279  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
280  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
281  * ASIDs that are not currently active on a processor.
282  *
283  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
284  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
285  * below.
286  */
287 struct asid_set {
288         int asid_bits;
289         bitstr_t *asid_set;
290         int asid_set_size;
291         int asid_next;
292         int asid_epoch;
293         struct mtx asid_set_mutex;
294 };
295
296 static struct asid_set asids;
297 static struct asid_set vmids;
298
299 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
300     "ASID allocator");
301 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
302     "The number of bits in an ASID");
303 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
304     "The last allocated ASID plus one");
305 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
306     "The current epoch number");
307
308 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
309 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
310     "The number of bits in an VMID");
311 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
312     "The last allocated VMID plus one");
313 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
314     "The current epoch number");
315
316 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
317 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
318
319 /*
320  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
321  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
322  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
323  *
324  * An invalid ASID is represented by -1.
325  *
326  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
327  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
328  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
329  * allocated when the pmap is next activated.
330  */
331 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
332                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
333 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
334 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
335
336 static int superpages_enabled = 1;
337 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
338     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
339     "Are large page mappings enabled?");
340
341 /*
342  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
343  */
344 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
345 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
346
347 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
348 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
349 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
350 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
351 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
352 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
353                     vm_offset_t va);
354
355 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
356 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
357 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
358 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
359 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
360 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
361     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
362 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
363 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
364     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
365 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
366     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
367 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
368     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
369 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
370     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
371 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
372 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
373     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
374
375 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
376                 struct rwlock **lockp);
377
378 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
379     struct spglist *free);
380 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
381 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
382
383 /*
384  * These load the old table data and store the new value.
385  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
386  * the same time as the CPU.
387  */
388 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
389 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
390 #define pmap_load(table)                (*table)
391 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
392 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
393 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
394 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
395
396 /********************/
397 /* Inline functions */
398 /********************/
399
400 static __inline void
401 pagecopy(void *s, void *d)
402 {
403
404         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
405 }
406
407 static __inline pd_entry_t *
408 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
409 {
410
411         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
412 }
413
414 static __inline pd_entry_t *
415 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
416 {
417         pd_entry_t *l1;
418
419         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
420         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
421 }
422
423 static __inline pd_entry_t *
424 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
425 {
426         pd_entry_t *l0;
427
428         l0 = pmap_l0(pmap, va);
429         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
430                 return (NULL);
431
432         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
433 }
434
435 static __inline pd_entry_t *
436 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
437 {
438         pd_entry_t l1, *l2p;
439
440         l1 = pmap_load(l1p);
441         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
442             ("%s: L1 entry %#lx is a leaf", __func__, l1));
443         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
444         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
445 }
446
447 static __inline pd_entry_t *
448 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
449 {
450         pd_entry_t *l1;
451
452         l1 = pmap_l1(pmap, va);
453         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
454                 return (NULL);
455
456         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
457 }
458
459 static __inline pt_entry_t *
460 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
461 {
462         pd_entry_t l2;
463         pt_entry_t *l3p;
464
465         l2 = pmap_load(l2p);
466         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
467             ("%s: L2 entry %#lx is a leaf", __func__, l2));
468         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
469         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
470 }
471
472 /*
473  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
474  * The next level may or may not point to a valid page or block.
475  */
476 static __inline pd_entry_t *
477 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
478 {
479         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
480
481         l0 = pmap_l0(pmap, va);
482         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
483         if (desc != L0_TABLE) {
484                 *level = -1;
485                 return (NULL);
486         }
487
488         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
489         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
490         if (desc != L1_TABLE) {
491                 *level = 0;
492                 return (l0);
493         }
494
495         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
496         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
497         if (desc != L2_TABLE) {
498                 *level = 1;
499                 return (l1);
500         }
501
502         *level = 2;
503         return (l2);
504 }
505
506 /*
507  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
508  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
509  * the first invalid level.
510  */
511 static __inline pt_entry_t *
512 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
513 {
514         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
515         pt_entry_t *l3;
516
517         l1 = pmap_l1(pmap, va);
518         if (l1 == NULL) {
519                 *level = 0;
520                 return (NULL);
521         }
522         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
523         if (desc == L1_BLOCK) {
524                 *level = 1;
525                 return (l1);
526         }
527
528         if (desc != L1_TABLE) {
529                 *level = 1;
530                 return (NULL);
531         }
532
533         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
534         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
535         if (desc == L2_BLOCK) {
536                 *level = 2;
537                 return (l2);
538         }
539
540         if (desc != L2_TABLE) {
541                 *level = 2;
542                 return (NULL);
543         }
544
545         *level = 3;
546         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
547         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
548                 return (NULL);
549
550         return (l3);
551 }
552
553 bool
554 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
555 {
556
557         return (superpages_enabled != 0);
558 }
559
560 bool
561 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
562     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
563 {
564         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
565
566         if (pmap->pm_l0 == NULL)
567                 return (false);
568
569         l0p = pmap_l0(pmap, va);
570         *l0 = l0p;
571
572         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
573                 return (false);
574
575         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
576         *l1 = l1p;
577
578         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
579                 *l2 = NULL;
580                 *l3 = NULL;
581                 return (true);
582         }
583
584         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
585                 return (false);
586
587         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
588         *l2 = l2p;
589
590         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
591                 *l3 = NULL;
592                 return (true);
593         }
594
595         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
596                 return (false);
597
598         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
599
600         return (true);
601 }
602
603 static __inline int
604 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
605 {
606
607         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
608 }
609
610 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
611
612 static pt_entry_t
613 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
614 {
615         pt_entry_t val;
616
617         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
618                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
619                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
620                         val |= ATTR_S1_XN;
621                 return (val);
622         }
623
624         val = 0;
625
626         switch (memattr) {
627         case VM_MEMATTR_DEVICE:
628                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
629                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
630         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
631                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
632         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
633                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
634         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
635                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
636         default:
637                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
638         }
639 }
640
641 static pt_entry_t
642 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
643 {
644         pt_entry_t val;
645
646         val = 0;
647         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
648                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
649                         val |= ATTR_S1_XN;
650                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
651                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
652         } else {
653                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
654                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
655                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
656                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
657                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
658                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
659         }
660
661         return (val);
662 }
663
664 /*
665  * Checks if the PTE is dirty.
666  */
667 static inline int
668 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
669 {
670
671         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
672
673         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
674                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
675                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
676
677                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
678                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
679         }
680
681         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
682             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
683 }
684
685 static __inline void
686 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
687 {
688
689         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
690         pmap->pm_stats.resident_count += count;
691 }
692
693 static __inline void
694 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
695 {
696
697         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
698         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
699             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
700             pmap->pm_stats.resident_count, count));
701         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
702 }
703
704 static pt_entry_t *
705 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
706     u_int *l2_slot)
707 {
708         pt_entry_t *l2;
709         pd_entry_t *l1;
710
711         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
712         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
713
714         /* Check locore has used a table L1 map */
715         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
716            ("Invalid bootstrap L1 table"));
717         /* Find the address of the L2 table */
718         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
719         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
720
721         return (l2);
722 }
723
724 static vm_paddr_t
725 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
726 {
727         u_int l1_slot, l2_slot;
728         pt_entry_t *l2;
729
730         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
731
732         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
733 }
734
735 static vm_offset_t
736 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
737     vm_offset_t freemempos)
738 {
739         pt_entry_t *l2;
740         vm_offset_t va;
741         vm_paddr_t l2_pa, pa;
742         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
743         int i;
744
745         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
746         dmap_phys_max = 0;
747         dmap_max_addr = 0;
748         l2 = NULL;
749         prev_l1_slot = -1;
750
751 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
752         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
753
754         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
755                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
756                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
757
758                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
759                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
760                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
761                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
762                                 prev_l1_slot = l1_slot;
763                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
764                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
765                                     (vm_offset_t)l2);
766                                 freemempos += PAGE_SIZE;
767
768                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
769                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
770
771                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
772                         }
773                         KASSERT(l2 != NULL,
774                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
775                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
776                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
777                                 /*
778                                  * We are on a boundary, stop to
779                                  * create a level 1 block
780                                  */
781                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
782                                         break;
783
784                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
785                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
786                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
787                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
788                                     ATTR_S1_XN |
789                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
790                                     L2_BLOCK);
791                         }
792                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
793                             ("..."));
794                 }
795
796                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
797                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
798                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
799                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
800                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
801                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
802                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L1_BLOCK);
803                 }
804
805                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
806                 if (pa < physmap[i + 1]) {
807                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
808                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
809                                 prev_l1_slot = l1_slot;
810                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
811                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
812                                     (vm_offset_t)l2);
813                                 freemempos += PAGE_SIZE;
814
815                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
816                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
817
818                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
819                         }
820                         KASSERT(l2 != NULL,
821                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
822                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
823                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
824                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
825                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
826                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT |
827                                     ATTR_S1_XN |
828                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
829                                     L2_BLOCK);
830                         }
831                 }
832
833                 if (pa > dmap_phys_max) {
834                         dmap_phys_max = pa;
835                         dmap_max_addr = va;
836                 }
837         }
838
839         cpu_tlb_flushID();
840
841         return (freemempos);
842 }
843
844 static vm_offset_t
845 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
846 {
847         vm_offset_t l2pt;
848         vm_paddr_t pa;
849         pd_entry_t *l1;
850         u_int l1_slot;
851
852         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
853
854         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
855         l1_slot = pmap_l1_index(va);
856         l2pt = l2_start;
857
858         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
859                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
860
861                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
862                 pmap_store(&l1[l1_slot],
863                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
864                 l2pt += PAGE_SIZE;
865         }
866
867         /* Clean the L2 page table */
868         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
869
870         return l2pt;
871 }
872
873 static vm_offset_t
874 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
875 {
876         vm_offset_t l3pt;
877         vm_paddr_t pa;
878         pd_entry_t *l2;
879         u_int l2_slot;
880
881         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
882
883         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
884         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
885         l2_slot = pmap_l2_index(va);
886         l3pt = l3_start;
887
888         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
889                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
890
891                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
892                 pmap_store(&l2[l2_slot],
893                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
894                 l3pt += PAGE_SIZE;
895         }
896
897         /* Clean the L2 page table */
898         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
899
900         return l3pt;
901 }
902
903 /*
904  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
905  */
906 void
907 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
908     vm_size_t kernlen)
909 {
910         vm_offset_t freemempos;
911         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
912         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
913         uint64_t kern_delta;
914         int i;
915
916         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
917         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
918             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
919
920         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
921
922         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
923         printf("%lx\n", l1pt);
924         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
925
926         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
927         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
928         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
929         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
930         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
931         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
932         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
933
934         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
935         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
936
937         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
938         physmap_idx /= 2;
939
940         /*
941          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
942          * but may contain empty ranges.
943          */
944         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
945                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
946                         continue;
947                 if (physmap[i] <= min_pa)
948                         min_pa = physmap[i];
949         }
950
951         freemempos = KERNBASE + kernlen;
952         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
953
954         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
955         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
956
957         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
958
959         /*
960          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
961          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
962          * the kernel, preloaded files and module metadata.
963          */
964         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
965         /* And the l3 tables for the early devmap */
966         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
967             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
968
969         cpu_tlb_flushID();
970
971 #define alloc_pages(var, np)                                            \
972         (var) = freemempos;                                             \
973         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
974         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
975
976         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
977         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
978         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
979
980         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
981         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
982         msgbufp = (void *)msgbufpv;
983
984         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
985         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
986
987         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
988         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
989         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
990         kernel_vm_end = virtual_avail;
991
992         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
993
994         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
995
996         cpu_tlb_flushID();
997 }
998
999 /*
1000  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1001  */
1002 void
1003 pmap_page_init(vm_page_t m)
1004 {
1005
1006         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1007         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1008 }
1009
1010 static void
1011 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1012 {
1013         int i;
1014
1015         set->asid_bits = bits;
1016
1017         /*
1018          * We may be too early in the overall initialization process to use
1019          * bit_alloc().
1020          */
1021         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1022         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1023             M_WAITOK | M_ZERO);
1024         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1025                 bit_set(set->asid_set, i);
1026         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1027         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1028 }
1029
1030 /*
1031  *      Initialize the pmap module.
1032  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1033  *      system needs to map virtual memory.
1034  */
1035 void
1036 pmap_init(void)
1037 {
1038         vm_size_t s;
1039         uint64_t mmfr1;
1040         int i, pv_npg, vmid_bits;
1041
1042         /*
1043          * Are large page mappings enabled?
1044          */
1045         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1046         if (superpages_enabled) {
1047                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1048                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1049                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1050         }
1051
1052         /*
1053          * Initialize the ASID allocator.
1054          */
1055         pmap_init_asids(&asids,
1056             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1057
1058         if (has_hyp()) {
1059                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1060                 vmid_bits = 8;
1061
1062                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1063                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1064                         vmid_bits = 16;
1065                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1066         }
1067
1068         /*
1069          * Initialize the pv chunk list mutex.
1070          */
1071         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1072
1073         /*
1074          * Initialize the pool of pv list locks.
1075          */
1076         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1077                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1078
1079         /*
1080          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1081          */
1082         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
1083
1084         /*
1085          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1086          */
1087         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1088         s = round_page(s);
1089         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1090         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1091                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1092         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1093
1094         vm_initialized = 1;
1095 }
1096
1097 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1098     "2MB page mapping counters");
1099
1100 static u_long pmap_l2_demotions;
1101 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1102     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1103
1104 static u_long pmap_l2_mappings;
1105 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1106     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1107
1108 static u_long pmap_l2_p_failures;
1109 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1110     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1111
1112 static u_long pmap_l2_promotions;
1113 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1114     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1115
1116 /*
1117  * Invalidate a single TLB entry.
1118  */
1119 static __inline void
1120 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1121 {
1122         uint64_t r;
1123
1124         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1125
1126         dsb(ishst);
1127         if (pmap == kernel_pmap) {
1128                 r = atop(va);
1129                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1130         } else {
1131                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) | atop(va);
1132                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1133         }
1134         dsb(ish);
1135         isb();
1136 }
1137
1138 static __inline void
1139 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1140 {
1141         uint64_t end, r, start;
1142
1143         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1144
1145         dsb(ishst);
1146         if (pmap == kernel_pmap) {
1147                 start = atop(sva);
1148                 end = atop(eva);
1149                 for (r = start; r < end; r++)
1150                         __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1151         } else {
1152                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1153                 start |= atop(sva);
1154                 end |= atop(eva);
1155                 for (r = start; r < end; r++)
1156                         __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1157         }
1158         dsb(ish);
1159         isb();
1160 }
1161
1162 static __inline void
1163 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1164 {
1165         uint64_t r;
1166
1167         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1168
1169         dsb(ishst);
1170         if (pmap == kernel_pmap) {
1171                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1172         } else {
1173                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1174                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1175         }
1176         dsb(ish);
1177         isb();
1178 }
1179
1180 /*
1181  *      Routine:        pmap_extract
1182  *      Function:
1183  *              Extract the physical page address associated
1184  *              with the given map/virtual_address pair.
1185  */
1186 vm_paddr_t
1187 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1188 {
1189         pt_entry_t *pte, tpte;
1190         vm_paddr_t pa;
1191         int lvl;
1192
1193         pa = 0;
1194         PMAP_LOCK(pmap);
1195         /*
1196          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1197          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1198          */
1199         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1200         if (pte != NULL) {
1201                 tpte = pmap_load(pte);
1202                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1203                 switch(lvl) {
1204                 case 1:
1205                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1206                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1207                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1208                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1209                         break;
1210                 case 2:
1211                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1212                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1213                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1214                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1215                         break;
1216                 case 3:
1217                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1218                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1219                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1220                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1221                         break;
1222                 }
1223         }
1224         PMAP_UNLOCK(pmap);
1225         return (pa);
1226 }
1227
1228 /*
1229  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1230  *      Function:
1231  *              Atomically extract and hold the physical page
1232  *              with the given pmap and virtual address pair
1233  *              if that mapping permits the given protection.
1234  */
1235 vm_page_t
1236 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1237 {
1238         pt_entry_t *pte, tpte;
1239         vm_offset_t off;
1240         vm_page_t m;
1241         int lvl;
1242         bool use;
1243
1244         m = NULL;
1245         PMAP_LOCK(pmap);
1246         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1247         if (pte != NULL) {
1248                 tpte = pmap_load(pte);
1249
1250                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1251                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1252                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1253                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1254                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1255                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1256                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1257
1258                 use = false;
1259                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1260                         use = true;
1261                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1262                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1263                         use = true;
1264                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1265                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1266                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1267                         use = true;
1268
1269                 if (use) {
1270                         switch(lvl) {
1271                         case 1:
1272                                 off = va & L1_OFFSET;
1273                                 break;
1274                         case 2:
1275                                 off = va & L2_OFFSET;
1276                                 break;
1277                         case 3:
1278                         default:
1279                                 off = 0;
1280                         }
1281                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1282                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
1283                                 m = NULL;
1284                 }
1285         }
1286         PMAP_UNLOCK(pmap);
1287         return (m);
1288 }
1289
1290 vm_paddr_t
1291 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1292 {
1293         pt_entry_t *pte, tpte;
1294
1295         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1296                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1297         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1298         if (pte == NULL)
1299                 return (0);
1300
1301         /*
1302          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1303          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1304          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1305          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1306          */
1307         tpte = pmap_load(pte);
1308         if (tpte == 0)
1309                 return (0);
1310         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1311                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1312         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1313         tpte = pmap_load(pte);
1314         if (tpte == 0)
1315                 return (0);
1316         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1317                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1318         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1319         tpte = pmap_load(pte);
1320         if (tpte == 0)
1321                 return (0);
1322         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1323 }
1324
1325 /***************************************************
1326  * Low level mapping routines.....
1327  ***************************************************/
1328
1329 void
1330 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1331 {
1332         pd_entry_t *pde;
1333         pt_entry_t *pte, attr;
1334         vm_offset_t va;
1335         int lvl;
1336
1337         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1338            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1339         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1340            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1341         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1342             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1343
1344         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1345             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1346         va = sva;
1347         while (size != 0) {
1348                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1349                 KASSERT(pde != NULL,
1350                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1351                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1352
1353                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1354                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1355
1356                 va += PAGE_SIZE;
1357                 pa += PAGE_SIZE;
1358                 size -= PAGE_SIZE;
1359         }
1360         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1361 }
1362
1363 void
1364 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1365 {
1366
1367         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1368 }
1369
1370 /*
1371  * Remove a page from the kernel pagetables.
1372  */
1373 PMAP_INLINE void
1374 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1375 {
1376         pt_entry_t *pte;
1377         int lvl;
1378
1379         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1380         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1381         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1382
1383         pmap_clear(pte);
1384         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1385 }
1386
1387 void
1388 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1389 {
1390         pt_entry_t *pte;
1391         vm_offset_t va;
1392         int lvl;
1393
1394         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1395            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1396         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1397             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1398
1399         va = sva;
1400         while (size != 0) {
1401                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1402                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1403                 KASSERT(lvl == 3,
1404                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1405                 pmap_clear(pte);
1406
1407                 va += PAGE_SIZE;
1408                 size -= PAGE_SIZE;
1409         }
1410         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1411 }
1412
1413 /*
1414  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1415  *      virtual address space.
1416  *
1417  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1418  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1419  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1420  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1421  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1422  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1423  *      region.
1424  */
1425 vm_offset_t
1426 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1427 {
1428         return PHYS_TO_DMAP(start);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * Add a list of wired pages to the kva
1433  * this routine is only used for temporary
1434  * kernel mappings that do not need to have
1435  * page modification or references recorded.
1436  * Note that old mappings are simply written
1437  * over.  The page *must* be wired.
1438  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1439  */
1440 void
1441 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1442 {
1443         pd_entry_t *pde;
1444         pt_entry_t *pte, pa;
1445         vm_offset_t va;
1446         vm_page_t m;
1447         int i, lvl;
1448
1449         va = sva;
1450         for (i = 0; i < count; i++) {
1451                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1452                 KASSERT(pde != NULL,
1453                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1454                 KASSERT(lvl == 2,
1455                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1456
1457                 m = ma[i];
1458                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1459                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1460                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1461                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1462                 pmap_load_store(pte, pa);
1463
1464                 va += L3_SIZE;
1465         }
1466         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1467 }
1468
1469 /*
1470  * This routine tears out page mappings from the
1471  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1472  */
1473 void
1474 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1475 {
1476         pt_entry_t *pte;
1477         vm_offset_t va;
1478         int lvl;
1479
1480         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1481
1482         va = sva;
1483         while (count-- > 0) {
1484                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1485                 KASSERT(lvl == 3,
1486                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1487                 if (pte != NULL) {
1488                         pmap_clear(pte);
1489                 }
1490
1491                 va += PAGE_SIZE;
1492         }
1493         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1494 }
1495
1496 /***************************************************
1497  * Page table page management routines.....
1498  ***************************************************/
1499 /*
1500  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1501  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1502  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1503  */
1504 static __inline void
1505 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1506     boolean_t set_PG_ZERO)
1507 {
1508
1509         if (set_PG_ZERO)
1510                 m->flags |= PG_ZERO;
1511         else
1512                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1513         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1514 }
1515
1516 /*
1517  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1518  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1519  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1520  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1521  */
1522 static inline boolean_t
1523 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1524 {
1525
1526         --m->ref_count;
1527         if (m->ref_count == 0) {
1528                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1529                 return (TRUE);
1530         } else
1531                 return (FALSE);
1532 }
1533
1534 static void
1535 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1536 {
1537
1538         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1539         /*
1540          * unmap the page table page
1541          */
1542         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1543                 /* l1 page */
1544                 pd_entry_t *l0;
1545
1546                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1547                 pmap_clear(l0);
1548         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1549                 /* l2 page */
1550                 pd_entry_t *l1;
1551
1552                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1553                 pmap_clear(l1);
1554         } else {
1555                 /* l3 page */
1556                 pd_entry_t *l2;
1557
1558                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1559                 pmap_clear(l2);
1560         }
1561         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1562         if (m->pindex < NUL2E) {
1563                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1564                 pd_entry_t *l1, tl1;
1565                 vm_page_t l2pg;
1566
1567                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1568                 tl1 = pmap_load(l1);
1569                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1570                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1571         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1572                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1573                 pd_entry_t *l0, tl0;
1574                 vm_page_t l1pg;
1575
1576                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1577                 tl0 = pmap_load(l0);
1578                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1579                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1580         }
1581         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1582
1583         /*
1584          * Put page on a list so that it is released after
1585          * *ALL* TLB shootdown is done
1586          */
1587         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1588 }
1589
1590 /*
1591  * After removing a page table entry, this routine is used to
1592  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1593  */
1594 static int
1595 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1596     struct spglist *free)
1597 {
1598         vm_page_t mpte;
1599
1600         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1601                 return (0);
1602         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1603         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1604         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1609  * mapping.
1610  */
1611 static void
1612 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1613 {
1614         struct spglist free;
1615
1616         SLIST_INIT(&free);
1617         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
1618                 /*
1619                  * Although "va" was never mapped, the TLB could nonetheless
1620                  * have intermediate entries that refer to the freed page
1621                  * table pages.  Invalidate those entries.
1622                  *
1623                  * XXX redundant invalidation (See _pmap_unwire_l3().)
1624                  */
1625                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1626                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1627         }
1628 }
1629
1630 void
1631 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1632 {
1633
1634         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1635         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1636         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1637         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1638         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1639         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1640         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1641         pmap->pm_asid_set = &asids;
1642
1643         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1644 }
1645
1646 int
1647 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage)
1648 {
1649         vm_page_t l0pt;
1650
1651         /*
1652          * allocate the l0 page
1653          */
1654         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1655             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1656                 vm_wait(NULL);
1657
1658         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1659         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1660
1661         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1662                 pagezero(pmap->pm_l0);
1663
1664         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1665         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1666         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1667
1668         pmap->pm_stage = stage;
1669         switch (stage) {
1670         case PM_STAGE1:
1671                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1672                 break;
1673         case PM_STAGE2:
1674                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1675                 break;
1676         default:
1677                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1678                 break;
1679         }
1680
1681         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1682         pmap_alloc_asid(pmap);
1683
1684         return (1);
1685 }
1686
1687 int
1688 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1689 {
1690
1691         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1));
1692 }
1693
1694 /*
1695  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1696  *
1697  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1698  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1699  *
1700  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1701  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1702  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1703  * race conditions.
1704  */
1705 static vm_page_t
1706 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1707 {
1708         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1709
1710         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1711
1712         /*
1713          * Allocate a page table page.
1714          */
1715         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1716             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1717                 if (lockp != NULL) {
1718                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1719                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1720                         vm_wait(NULL);
1721                         PMAP_LOCK(pmap);
1722                 }
1723
1724                 /*
1725                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1726                  * page may have been allocated.
1727                  */
1728                 return (NULL);
1729         }
1730         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1731                 pmap_zero_page(m);
1732
1733         /*
1734          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1735          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1736          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1737          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1738          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1739          * PTE within "m".
1740          */
1741         dmb(ishst);
1742
1743         /*
1744          * Map the pagetable page into the process address space, if
1745          * it isn't already there.
1746          */
1747
1748         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1749                 pd_entry_t *l0;
1750                 vm_pindex_t l0index;
1751
1752                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1753                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1754                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1755         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1756                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1757                 pd_entry_t *l0, *l1;
1758                 pd_entry_t tl0;
1759
1760                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1761                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1762
1763                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1764                 tl0 = pmap_load(l0);
1765                 if (tl0 == 0) {
1766                         /* recurse for allocating page dir */
1767                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1768                             lockp) == NULL) {
1769                                 vm_page_unwire_noq(m);
1770                                 vm_page_free_zero(m);
1771                                 return (NULL);
1772                         }
1773                 } else {
1774                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1775                         l1pg->ref_count++;
1776                 }
1777
1778                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1779                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1780                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1781         } else {
1782                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1783                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1784                 pd_entry_t tl0, tl1;
1785
1786                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1787                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1788
1789                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1790                 tl0 = pmap_load(l0);
1791                 if (tl0 == 0) {
1792                         /* recurse for allocating page dir */
1793                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1794                             lockp) == NULL) {
1795                                 vm_page_unwire_noq(m);
1796                                 vm_page_free_zero(m);
1797                                 return (NULL);
1798                         }
1799                         tl0 = pmap_load(l0);
1800                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1801                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1802                 } else {
1803                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1804                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1805                         tl1 = pmap_load(l1);
1806                         if (tl1 == 0) {
1807                                 /* recurse for allocating page dir */
1808                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1809                                     lockp) == NULL) {
1810                                         vm_page_unwire_noq(m);
1811                                         vm_page_free_zero(m);
1812                                         return (NULL);
1813                                 }
1814                         } else {
1815                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1816                                 l2pg->ref_count++;
1817                         }
1818                 }
1819
1820                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1821                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1822                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1823         }
1824
1825         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1826
1827         return (m);
1828 }
1829
1830 static pd_entry_t *
1831 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
1832     struct rwlock **lockp)
1833 {
1834         pd_entry_t *l1, *l2;
1835         vm_page_t l2pg;
1836         vm_pindex_t l2pindex;
1837
1838 retry:
1839         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1840         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1841                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
1842                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1843                         /* Add a reference to the L2 page. */
1844                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1845                         l2pg->ref_count++;
1846                 } else
1847                         l2pg = NULL;
1848         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
1849                 /* Allocate a L2 page. */
1850                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1851                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1852                 if (l2pg == NULL) {
1853                         if (lockp != NULL)
1854                                 goto retry;
1855                         else
1856                                 return (NULL);
1857                 }
1858                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
1859                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
1860         } else
1861                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
1862                     va);
1863         *l2pgp = l2pg;
1864         return (l2);
1865 }
1866
1867 static vm_page_t
1868 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1869 {
1870         vm_pindex_t ptepindex;
1871         pd_entry_t *pde, tpde;
1872 #ifdef INVARIANTS
1873         pt_entry_t *pte;
1874 #endif
1875         vm_page_t m;
1876         int lvl;
1877
1878         /*
1879          * Calculate pagetable page index
1880          */
1881         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1882 retry:
1883         /*
1884          * Get the page directory entry
1885          */
1886         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1887
1888         /*
1889          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1890          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1891          * table.
1892          */
1893         switch (lvl) {
1894         case -1:
1895                 break;
1896         case 0:
1897 #ifdef INVARIANTS
1898                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1899                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1900                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1901 #endif
1902                 break;
1903         case 1:
1904 #ifdef INVARIANTS
1905                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1906                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1907                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1908 #endif
1909                 break;
1910         case 2:
1911                 tpde = pmap_load(pde);
1912                 if (tpde != 0) {
1913                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1914                         m->ref_count++;
1915                         return (m);
1916                 }
1917                 break;
1918         default:
1919                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1920         }
1921
1922         /*
1923          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1924          */
1925         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1926         if (m == NULL && lockp != NULL)
1927                 goto retry;
1928
1929         return (m);
1930 }
1931
1932 /***************************************************
1933  * Pmap allocation/deallocation routines.
1934  ***************************************************/
1935
1936 /*
1937  * Release any resources held by the given physical map.
1938  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1939  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1940  */
1941 void
1942 pmap_release(pmap_t pmap)
1943 {
1944         struct asid_set *set;
1945         vm_page_t m;
1946         int asid;
1947
1948         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1949             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1950             pmap->pm_stats.resident_count));
1951         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1952             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1953
1954         set = pmap->pm_asid_set;
1955         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
1956
1957         /*
1958          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
1959          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
1960          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
1961          * we don't reuse VMIDs within a generation.
1962          */
1963         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
1964                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
1965                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
1966                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
1967                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
1968                             asid < set->asid_set_size,
1969                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
1970                         bit_clear(set->asid_set, asid);
1971                 }
1972                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
1973         }
1974
1975         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
1976         vm_page_unwire_noq(m);
1977         vm_page_free_zero(m);
1978 }
1979
1980 static int
1981 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1982 {
1983         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1984
1985         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1986 }
1987 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1988     0, 0, kvm_size, "LU",
1989     "Size of KVM");
1990
1991 static int
1992 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1993 {
1994         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1995
1996         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1997 }
1998 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1999     0, 0, kvm_free, "LU",
2000     "Amount of KVM free");
2001
2002 /*
2003  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2004  */
2005 void
2006 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2007 {
2008         vm_paddr_t paddr;
2009         vm_page_t nkpg;
2010         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2011
2012         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2013
2014         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2015         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2016                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2017         while (kernel_vm_end < addr) {
2018                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2019                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2020                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2021
2022                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2023                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2024                         /* We need a new PDP entry */
2025                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
2026                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2027                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2028                         if (nkpg == NULL)
2029                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2030                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2031                                 pmap_zero_page(nkpg);
2032                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2033                         dmb(ishst);
2034                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2035                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2036                         continue; /* try again */
2037                 }
2038                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2039                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2040                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2041                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2042                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2043                                 break;
2044                         }
2045                         continue;
2046                 }
2047
2048                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
2049                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2050                     VM_ALLOC_ZERO);
2051                 if (nkpg == NULL)
2052                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2053                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2054                         pmap_zero_page(nkpg);
2055                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2056                 dmb(ishst);
2057                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2058                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2059
2060                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2061                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2062                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2063                         break;
2064                 }
2065         }
2066 }
2067
2068 /***************************************************
2069  * page management routines.
2070  ***************************************************/
2071
2072 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2073 CTASSERT(_NPCM == 3);
2074 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2075
2076 static __inline struct pv_chunk *
2077 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2078 {
2079
2080         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2081 }
2082
2083 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2084
2085 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2086 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2087 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2088
2089 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2090
2091 #if 0
2092 #ifdef PV_STATS
2093 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2094
2095 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2096         "Current number of pv entry chunks");
2097 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2098         "Current number of pv entry chunks allocated");
2099 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2100         "Current number of pv entry chunks frees");
2101 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2102         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2103
2104 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2105 static int pv_entry_spare;
2106
2107 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2108         "Current number of pv entry frees");
2109 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2110         "Current number of pv entry allocs");
2111 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2112         "Current number of pv entries");
2113 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2114         "Current number of spare pv entries");
2115 #endif
2116 #endif /* 0 */
2117
2118 /*
2119  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2120  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2121  * another pv entry chunk.
2122  *
2123  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2124  *
2125  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2126  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2127  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2128  */
2129 static vm_page_t
2130 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2131 {
2132         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2133         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2134         struct md_page *pvh;
2135         pd_entry_t *pde;
2136         pmap_t next_pmap, pmap;
2137         pt_entry_t *pte, tpte;
2138         pv_entry_t pv;
2139         vm_offset_t va;
2140         vm_page_t m, m_pc;
2141         struct spglist free;
2142         uint64_t inuse;
2143         int bit, field, freed, lvl;
2144         static int active_reclaims = 0;
2145
2146         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2147         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2148
2149         pmap = NULL;
2150         m_pc = NULL;
2151         SLIST_INIT(&free);
2152         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2153         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2154         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2155         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2156
2157         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2158         active_reclaims++;
2159         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2160         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2161         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2162             SLIST_EMPTY(&free)) {
2163                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2164                 if (next_pmap == NULL) {
2165                         /*
2166                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2167                          * not our marker, so active_reclaims must be
2168                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2169                          * will not rotate the pv_chunks list.
2170                          */
2171                         goto next_chunk;
2172                 }
2173                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2174
2175                 /*
2176                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2177                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2178                  * corresponding pmap is locked.
2179                  */
2180                 if (pmap != next_pmap) {
2181                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2182                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2183                         pmap = next_pmap;
2184                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2185                         if (pmap > locked_pmap) {
2186                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2187                                 PMAP_LOCK(pmap);
2188                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2189                                 continue;
2190                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2191                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2192                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2193                                         continue;
2194                                 } else {
2195                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2196                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2197                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2198                                         if (pc == NULL ||
2199                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2200                                                 continue;
2201                                         goto next_chunk;
2202                                 }
2203                         }
2204                 }
2205
2206                 /*
2207                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2208                  */
2209                 freed = 0;
2210                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2211                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2212                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2213                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2214                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2215                                 va = pv->pv_va;
2216                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2217                                 if (lvl != 2)
2218                                         continue;
2219                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2220                                 tpte = pmap_load(pte);
2221                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2222                                         continue;
2223                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2224                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2225                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2226                                         vm_page_dirty(m);
2227                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2228                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2229                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2230                                 }
2231                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2232                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2233                                 m->md.pv_gen++;
2234                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2235                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2236                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2237                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2238                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2239                                                     PGA_WRITEABLE);
2240                                         }
2241                                 }
2242                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2243                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2244                                 freed++;
2245                         }
2246                 }
2247                 if (freed == 0) {
2248                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2249                         goto next_chunk;
2250                 }
2251                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2252                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2253                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2254                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2255                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2256                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2257                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2258                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2259                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2260                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2261                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2262                         /* Entire chunk is free; return it. */
2263                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2264                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2265                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2266                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2267                         break;
2268                 }
2269                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2270                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2271                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2272                 if (pmap == locked_pmap)
2273                         break;
2274
2275 next_chunk:
2276                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2277                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2278                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2279                         /*
2280                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2281                          * scan the same pv chunks that could not be
2282                          * freed (because they contained a wired
2283                          * and/or superpage mapping) on every
2284                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2285                          */
2286                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2287                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2288                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2289                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2290                         }
2291                 }
2292         }
2293         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2294         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2295         active_reclaims--;
2296         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2297         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2298                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2299         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2300                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2301                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2302                 /* Recycle a freed page table page. */
2303                 m_pc->ref_count = 1;
2304         }
2305         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2306         return (m_pc);
2307 }
2308
2309 /*
2310  * free the pv_entry back to the free list
2311  */
2312 static void
2313 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2314 {
2315         struct pv_chunk *pc;
2316         int idx, field, bit;
2317
2318         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2319         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2320         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2321         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2322         pc = pv_to_chunk(pv);
2323         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2324         field = idx / 64;
2325         bit = idx % 64;
2326         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2327         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2328             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2329                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2330                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2331                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2332                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2333                 }
2334                 return;
2335         }
2336         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2337         free_pv_chunk(pc);
2338 }
2339
2340 static void
2341 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2342 {
2343         vm_page_t m;
2344
2345         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2346         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2347         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2348         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2349         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2350         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2351         /* entire chunk is free, return it */
2352         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2353         dump_drop_page(m->phys_addr);
2354         vm_page_unwire_noq(m);
2355         vm_page_free(m);
2356 }
2357
2358 /*
2359  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2360  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2361  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2362  * returned.
2363  *
2364  * The given PV list lock may be released.
2365  */
2366 static pv_entry_t
2367 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2368 {
2369         int bit, field;
2370         pv_entry_t pv;
2371         struct pv_chunk *pc;
2372         vm_page_t m;
2373
2374         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2375         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2376 retry:
2377         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2378         if (pc != NULL) {
2379                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2380                         if (pc->pc_map[field]) {
2381                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2382                                 break;
2383                         }
2384                 }
2385                 if (field < _NPCM) {
2386                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2387                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2388                         /* If this was the last item, move it to tail */
2389                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2390                             pc->pc_map[2] == 0) {
2391                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2392                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2393                                     pc_list);
2394                         }
2395                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2396                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2397                         return (pv);
2398                 }
2399         }
2400         /* No free items, allocate another chunk */
2401         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2402             VM_ALLOC_WIRED);
2403         if (m == NULL) {
2404                 if (lockp == NULL) {
2405                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2406                         return (NULL);
2407                 }
2408                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2409                 if (m == NULL)
2410                         goto retry;
2411         }
2412         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2413         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2414         dump_add_page(m->phys_addr);
2415         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2416         pc->pc_pmap = pmap;
2417         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2418         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2419         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2420         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2421         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2422         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2423         pv = &pc->pc_pventry[0];
2424         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2425         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2426         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2427         return (pv);
2428 }
2429
2430 /*
2431  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2432  * exceeds the given count, "needed".
2433  *
2434  * The given PV list lock may be released.
2435  */
2436 static void
2437 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2438 {
2439         struct pch new_tail;
2440         struct pv_chunk *pc;
2441         vm_page_t m;
2442         int avail, free;
2443         bool reclaimed;
2444
2445         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2446         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2447
2448         /*
2449          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2450          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2451          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2452          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2453          */
2454         TAILQ_INIT(&new_tail);
2455 retry:
2456         avail = 0;
2457         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2458                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2459                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2460                 if (free == 0)
2461                         break;
2462                 avail += free;
2463                 if (avail >= needed)
2464                         break;
2465         }
2466         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2467                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2468                     VM_ALLOC_WIRED);
2469                 if (m == NULL) {
2470                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2471                         if (m == NULL)
2472                                 goto retry;
2473                         reclaimed = true;
2474                 }
2475                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2476                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2477                 dump_add_page(m->phys_addr);
2478                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2479                 pc->pc_pmap = pmap;
2480                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2481                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2482                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2483                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2484                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2485                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2486
2487                 /*
2488                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2489                  * If that chunk contained available entries, we need to
2490                  * re-count the number of available entries.
2491                  */
2492                 if (reclaimed)
2493                         goto retry;
2494         }
2495         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2496                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2497                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2498                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2499         }
2500 }
2501
2502 /*
2503  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2504  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2505  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2506  * 2MB page mappings.
2507  */
2508 static __inline pv_entry_t
2509 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2510 {
2511         pv_entry_t pv;
2512
2513         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2514                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2515                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2516                         pvh->pv_gen++;
2517                         break;
2518                 }
2519         }
2520         return (pv);
2521 }
2522
2523 /*
2524  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2525  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2526  * entries for each of the 4KB page mappings.
2527  */
2528 static void
2529 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2530     struct rwlock **lockp)
2531 {
2532         struct md_page *pvh;
2533         struct pv_chunk *pc;
2534         pv_entry_t pv;
2535         vm_offset_t va_last;
2536         vm_page_t m;
2537         int bit, field;
2538
2539         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2540         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2541             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2542         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2543             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2544         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2545
2546         /*
2547          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2548          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2549          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2550          */
2551         pvh = pa_to_pvh(pa);
2552         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2553         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2554         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2555         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2556         m->md.pv_gen++;
2557         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2558         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2559         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2560         for (;;) {
2561                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2562                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2563                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2564                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2565                         while (pc->pc_map[field]) {
2566                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2567                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2568                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2569                                 va += PAGE_SIZE;
2570                                 pv->pv_va = va;
2571                                 m++;
2572                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2573                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2574                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2575                                 m->md.pv_gen++;
2576                                 if (va == va_last)
2577                                         goto out;
2578                         }
2579                 }
2580                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2581                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2582         }
2583 out:
2584         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2585                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2586                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2587         }
2588         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2589         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2590 }
2591
2592 /*
2593  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2594  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2595  * page mappings.
2596  */
2597 static void
2598 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2599 {
2600         pv_entry_t pv;
2601
2602         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2603         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2604         free_pv_entry(pmap, pv);
2605 }
2606
2607 /*
2608  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2609  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2610  */
2611 static boolean_t
2612 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2613     struct rwlock **lockp)
2614 {
2615         pv_entry_t pv;
2616
2617         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2618         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2619         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2620                 pv->pv_va = va;
2621                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2622                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2623                 m->md.pv_gen++;
2624                 return (TRUE);
2625         } else
2626                 return (FALSE);
2627 }
2628
2629 /*
2630  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2631  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2632  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2633  */
2634 static bool
2635 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2636     struct rwlock **lockp)
2637 {
2638         struct md_page *pvh;
2639         pv_entry_t pv;
2640         vm_paddr_t pa;
2641
2642         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2643         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2644         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2645             NULL : lockp)) == NULL)
2646                 return (false);
2647         pv->pv_va = va;
2648         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2649         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2650         pvh = pa_to_pvh(pa);
2651         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2652         pvh->pv_gen++;
2653         return (true);
2654 }
2655
2656 static void
2657 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2658 {
2659         pt_entry_t newl2, oldl2;
2660         vm_page_t ml3;
2661         vm_paddr_t ml3pa;
2662
2663         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2664         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2665         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2666
2667         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2668         if (ml3 == NULL)
2669                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2670
2671         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2672         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2673
2674         /*
2675          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2676          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2677          */
2678         if (ml3->valid != 0)
2679                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2680
2681         /*
2682          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2683          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2684          */
2685         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2686         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2687             __func__, l2, oldl2));
2688 }
2689
2690 /*
2691  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2692  */
2693 static int
2694 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2695     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2696 {
2697         struct md_page *pvh;
2698         pt_entry_t old_l2;
2699         vm_offset_t eva, va;
2700         vm_page_t m, ml3;
2701
2702         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2703         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2704         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2705         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2706             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2707
2708         /*
2709          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2710          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2711          */
2712         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2713
2714         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2715                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2716         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2717         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2718                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2719                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2720                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2721                 eva = sva + L2_SIZE;
2722                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2723                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2724                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
2725                                 vm_page_dirty(m);
2726                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2727                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2728                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2729                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2730                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2731                 }
2732         }
2733         if (pmap == kernel_pmap) {
2734                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2735         } else {
2736                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2737                 if (ml3 != NULL) {
2738                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2739                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2740                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2741                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
2742                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2743                         ml3->ref_count = 0;
2744                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2745                 }
2746         }
2747         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2748 }
2749
2750 /*
2751  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2752  */
2753 static int
2754 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2755     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2756 {
2757         struct md_page *pvh;
2758         pt_entry_t old_l3;
2759         vm_page_t m;
2760
2761         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2762         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2763         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2764         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2765                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2766         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2767         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2768                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2769                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2770                         vm_page_dirty(m);
2771                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2772                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2773                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2774                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2775                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2776                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2777                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2778                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2779                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2780                 }
2781         }
2782         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2783 }
2784
2785 /*
2786  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2787  * identified by the given L2 entry.
2788  */
2789 static void
2790 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2791     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2792 {
2793         struct md_page *pvh;
2794         struct rwlock *new_lock;
2795         pt_entry_t *l3, old_l3;
2796         vm_offset_t va;
2797         vm_page_t l3pg, m;
2798
2799         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2800         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2801             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2802         l3pg = sva < VM_MAXUSER_ADDRESS ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) :
2803             NULL;
2804         va = eva;
2805         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2806                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2807                         if (va != eva) {
2808                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2809                                 va = eva;
2810                         }
2811                         continue;
2812                 }
2813                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2814                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2815                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2816                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2817                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2818                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2819                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
2820                                 vm_page_dirty(m);
2821                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2822                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2823                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2824                         if (new_lock != *lockp) {
2825                                 if (*lockp != NULL) {
2826                                         /*
2827                                          * Pending TLB invalidations must be
2828                                          * performed before the PV list lock is
2829                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2830                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2831                                          * could return while a stale TLB entry
2832                                          * still provides access to that page. 
2833                                          */
2834                                         if (va != eva) {
2835                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2836                                                     sva);
2837                                                 va = eva;
2838                                         }
2839                                         rw_wunlock(*lockp);
2840                                 }
2841                                 *lockp = new_lock;
2842                                 rw_wlock(*lockp);
2843                         }
2844                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2845                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2846                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2847                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2848                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2849                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2850                         }
2851                 }
2852                 if (va == eva)
2853                         va = sva;
2854                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
2855                         sva += L3_SIZE;
2856                         break;
2857                 }
2858         }
2859         if (va != eva)
2860                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2861 }
2862
2863 /*
2864  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2865  *
2866  *      It is assumed that the start and end are properly
2867  *      rounded to the page size.
2868  */
2869 void
2870 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2871 {
2872         struct rwlock *lock;
2873         vm_offset_t va_next;
2874         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2875         pt_entry_t l3_paddr;
2876         struct spglist free;
2877
2878         /*
2879          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2880          */
2881         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2882                 return;
2883
2884         SLIST_INIT(&free);
2885
2886         PMAP_LOCK(pmap);
2887
2888         lock = NULL;
2889         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2890                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2891                         break;
2892
2893                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2894                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2895                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2896                         if (va_next < sva)
2897                                 va_next = eva;
2898                         continue;
2899                 }
2900
2901                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2902                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2903                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2904                         if (va_next < sva)
2905                                 va_next = eva;
2906                         continue;
2907                 }
2908
2909                 /*
2910                  * Calculate index for next page table.
2911                  */
2912                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2913                 if (va_next < sva)
2914                         va_next = eva;
2915
2916                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2917                 if (l2 == NULL)
2918                         continue;
2919
2920                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2921
2922                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2923                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2924                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2925                                     &free, &lock);
2926                                 continue;
2927                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2928                             &lock) == NULL)
2929                                 continue;
2930                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2931                 }
2932
2933                 /*
2934                  * Weed out invalid mappings.
2935                  */
2936                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2937                         continue;
2938
2939                 /*
2940                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2941                  * by the current page table page, or to the end of the
2942                  * range being removed.
2943                  */
2944                 if (va_next > eva)
2945                         va_next = eva;
2946
2947                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
2948                     &lock);
2949         }
2950         if (lock != NULL)
2951                 rw_wunlock(lock);
2952         PMAP_UNLOCK(pmap);
2953         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2954 }
2955
2956 /*
2957  *      Routine:        pmap_remove_all
2958  *      Function:
2959  *              Removes this physical page from
2960  *              all physical maps in which it resides.
2961  *              Reflects back modify bits to the pager.
2962  *
2963  *      Notes:
2964  *              Original versions of this routine were very
2965  *              inefficient because they iteratively called
2966  *              pmap_remove (slow...)
2967  */
2968
2969 void
2970 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2971 {
2972         struct md_page *pvh;
2973         pv_entry_t pv;
2974         pmap_t pmap;
2975         struct rwlock *lock;
2976         pd_entry_t *pde, tpde;
2977         pt_entry_t *pte, tpte;
2978         vm_offset_t va;
2979         struct spglist free;
2980         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2981
2982         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2983             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2984         SLIST_INIT(&free);
2985         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2986         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2987             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2988 retry:
2989         rw_wlock(lock);
2990         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2991                 pmap = PV_PMAP(pv);
2992                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2993                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2994                         rw_wunlock(lock);
2995                         PMAP_LOCK(pmap);
2996                         rw_wlock(lock);
2997                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2998                                 rw_wunlock(lock);
2999                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3000                                 goto retry;
3001                         }
3002                 }
3003                 va = pv->pv_va;
3004                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3005                 KASSERT(pte != NULL,
3006                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3007                 KASSERT(lvl == 2,
3008                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3009
3010                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3011                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3012         }
3013         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3014                 pmap = PV_PMAP(pv);
3015                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3016                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3017                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3018                         md_gen = m->md.pv_gen;
3019                         rw_wunlock(lock);
3020                         PMAP_LOCK(pmap);
3021                         rw_wlock(lock);
3022                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3023                                 rw_wunlock(lock);
3024                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3025                                 goto retry;
3026                         }
3027                 }
3028                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3029
3030                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3031                 KASSERT(pde != NULL,
3032                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3033                 KASSERT(lvl == 2,
3034                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3035                 tpde = pmap_load(pde);
3036
3037                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3038                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3039                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3040                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3041                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3042                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3043                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3044                 }
3045
3046                 /*
3047                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3048                  */
3049                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3050                         vm_page_dirty(m);
3051                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3052                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3053                 m->md.pv_gen++;
3054                 free_pv_entry(pmap, pv);
3055                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3056         }
3057         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3058         rw_wunlock(lock);
3059         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3060 }
3061
3062 /*
3063  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
3064  */
3065 static void
3066 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3067     pt_entry_t nbits)
3068 {
3069         pd_entry_t old_l2;
3070         vm_page_t m, mt;
3071
3072         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3073         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3074         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3075             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3076         old_l2 = pmap_load(l2);
3077         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3078             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3079
3080         /*
3081          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3082          * in place.
3083          */
3084 retry:
3085         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3086                 return;
3087
3088         /*
3089          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3090          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3091          * pages.
3092          */
3093         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3094             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3095             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3096                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3097                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3098                         vm_page_dirty(mt);
3099         }
3100
3101         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3102                 goto retry;
3103
3104         /*
3105          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3106          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3107          */
3108         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3109 }
3110
3111 /*
3112  *      Set the physical protection on the
3113  *      specified range of this map as requested.
3114  */
3115 void
3116 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3117 {
3118         vm_offset_t va, va_next;
3119         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3120         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
3121
3122         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3123         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3124         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3125                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3126                 return;
3127         }
3128
3129         mask = nbits = 0;
3130         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3131                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3132                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3133         }
3134         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3135                 mask |= ATTR_S1_XN;
3136                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3137         }
3138         if (mask == 0)
3139                 return;
3140
3141         PMAP_LOCK(pmap);
3142         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3143                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3144                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3145                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3146                         if (va_next < sva)
3147                                 va_next = eva;
3148                         continue;
3149                 }
3150
3151                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3152                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3153                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3154                         if (va_next < sva)
3155                                 va_next = eva;
3156                         continue;
3157                 }
3158
3159                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3160                 if (va_next < sva)
3161                         va_next = eva;
3162
3163                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3164                 if (pmap_load(l2) == 0)
3165                         continue;
3166
3167                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3168                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3169                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3170                                 continue;
3171                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3172                                 continue;
3173                 }
3174                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3175                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3176
3177                 if (va_next > eva)
3178                         va_next = eva;
3179
3180                 va = va_next;
3181                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3182                     sva += L3_SIZE) {
3183                         l3 = pmap_load(l3p);
3184 retry:
3185                         /*
3186                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3187                          * invalid or already has the desired access
3188                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3189                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3190                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3191                          * have the desired restrictions.)
3192                          */
3193                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3194                                 if (va != va_next) {
3195                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3196                                         va = va_next;
3197                                 }
3198                                 continue;
3199                         }
3200
3201                         /*
3202                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3203                          * update the page's dirty field.
3204                          */
3205                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3206                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3207                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3208                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3209
3210                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
3211                                 goto retry;
3212                         if (va == va_next)
3213                                 va = sva;
3214                 }
3215                 if (va != va_next)
3216                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3217         }
3218         PMAP_UNLOCK(pmap);
3219 }
3220
3221 /*
3222  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3223  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3224  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3225  * ordered by this virtual address range.
3226  *
3227  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3228  */
3229 static __inline int
3230 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3231 {
3232
3233         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3234         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3235         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3236 }
3237
3238 /*
3239  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3240  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3241  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3242  * specified virtual address.
3243  */
3244 static __inline vm_page_t
3245 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3246 {
3247
3248         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3249         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3250 }
3251
3252 /*
3253  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3254  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3255  * inconsistent state.
3256  */
3257 static void
3258 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3259     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3260 {
3261         register_t intr;
3262
3263         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3264
3265         /*
3266          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3267          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3268          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3269          */
3270         intr = intr_disable();
3271
3272         /*
3273          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3274          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3275          * lookup the physical address.
3276          */
3277         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3278         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
3279
3280         /* Create the new mapping */
3281         pmap_store(pte, newpte);
3282         dsb(ishst);
3283
3284         intr_restore(intr);
3285 }
3286
3287 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3288 /*
3289  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3290  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3291  * for the 2MB page mapping.
3292  */
3293 static void
3294 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3295     struct rwlock **lockp)
3296 {
3297         struct md_page *pvh;
3298         pv_entry_t pv;
3299         vm_offset_t va_last;
3300         vm_page_t m;
3301
3302         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3303             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3304         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3305
3306         /*
3307          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3308          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3309          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3310          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3311          * mappings that is being promoted.
3312          */
3313         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3314         va = va & ~L2_OFFSET;
3315         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3316         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3317         pvh = pa_to_pvh(pa);
3318         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3319         pvh->pv_gen++;
3320         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3321         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3322         do {
3323                 m++;
3324                 va += PAGE_SIZE;
3325                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3326         } while (va < va_last);
3327 }
3328
3329 /*
3330  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3331  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3332  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3333  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3334  * identical characteristics.
3335  */
3336 static void
3337 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3338     struct rwlock **lockp)
3339 {
3340         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3341         vm_page_t mpte;
3342         vm_offset_t sva;
3343
3344         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3345         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3346
3347         sva = va & ~L2_OFFSET;
3348         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3349         newl2 = pmap_load(firstl3);
3350
3351 setl2:
3352         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3353                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3354                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3355                     " in pmap %p", va, pmap);
3356                 return;
3357         }
3358
3359         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3360             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3361                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3362                         goto setl2;
3363                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3364         }
3365
3366         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3367         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3368                 oldl3 = pmap_load(l3);
3369 setl3:
3370                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3371                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3372                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3373                             ~ATTR_SW_DBM))
3374                                 goto setl3;
3375                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3376                 }
3377                 if (oldl3 != pa) {
3378                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3379                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3380                             " in pmap %p", va, pmap);
3381                         return;
3382                 }
3383                 pa -= PAGE_SIZE;
3384         }
3385
3386         /*
3387          * Save the page table page in its current state until the L2
3388          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3389          * destroyed by pmap_remove_l3().
3390          */
3391         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3392         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3393             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3394             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3395         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3396             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3397         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3398                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3399                 CTR2(KTR_PMAP,
3400                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3401                     pmap);
3402                 return;
3403         }
3404
3405         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3406                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3407
3408         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3409         newl2 |= L2_BLOCK;
3410
3411         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3412
3413         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3414         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3415                     pmap);
3416 }
3417 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3418
3419 /*
3420  *      Insert the given physical page (p) at
3421  *      the specified virtual address (v) in the
3422  *      target physical map with the protection requested.
3423  *
3424  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3425  *      that the related pte can not be reclaimed.
3426  *
3427  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3428  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3429  *      insert this page into the given map NOW.
3430  */
3431 int
3432 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3433     u_int flags, int8_t psind)
3434 {
3435         struct rwlock *lock;
3436         pd_entry_t *pde;
3437         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3438         pt_entry_t *l2, *l3;
3439         pv_entry_t pv;
3440         vm_paddr_t opa, pa;
3441         vm_page_t mpte, om;
3442         boolean_t nosleep;
3443         int lvl, rv;
3444
3445         va = trunc_page(va);
3446         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3447                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3448         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3449         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
3450         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
3451         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
3452
3453         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3454                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3455         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3456                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3457                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3458                 else
3459                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
3460                 if (pmap != kernel_pmap)
3461                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
3462         } else {
3463                 /*
3464                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
3465                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
3466                  * required to invalidate the I-cache.
3467                  *
3468                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
3469                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
3470                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
3471                  * correctly if it is clear.
3472                  */
3473                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3474                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
3475         }
3476         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3477                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3478                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3479                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3480                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3481                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
3482                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3483                                 else
3484                                         new_l3 &=
3485                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
3486                         }
3487                 }
3488         }
3489
3490         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3491
3492         lock = NULL;
3493         PMAP_LOCK(pmap);
3494         if (psind == 1) {
3495                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3496                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3497                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3498                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3499                     flags, m, &lock);
3500                 goto out;
3501         }
3502         mpte = NULL;
3503
3504         /*
3505          * In the case that a page table page is not
3506          * resident, we are creating it here.
3507          */
3508 retry:
3509         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3510         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3511                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3512                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3513                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3514                         mpte->ref_count++;
3515                 }
3516                 goto havel3;
3517         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3518                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3519                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3520                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3521                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3522                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3523                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3524                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3525                                 mpte->ref_count++;
3526                         }
3527                         goto havel3;
3528                 }
3529                 /* We need to allocate an L3 table. */
3530         }
3531         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3532                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3533
3534                 /*
3535                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3536                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3537                  * was created while we slept.
3538                  */
3539                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3540                     nosleep ? NULL : &lock);
3541                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3542                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3543                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3544                         goto out;
3545                 }
3546                 goto retry;
3547         } else
3548                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3549
3550 havel3:
3551         orig_l3 = pmap_load(l3);
3552         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3553         pv = NULL;
3554
3555         /*
3556          * Is the specified virtual address already mapped?
3557          */
3558         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3559                 /*
3560                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
3561                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
3562                  * into EL2 to perform such actions.
3563                  */
3564                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3565                 /*
3566                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3567                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3568                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3569                  * the PT page will be also.
3570                  */
3571                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3572                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3573                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3574                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3575                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3576                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3577
3578                 /*
3579                  * Remove the extra PT page reference.
3580                  */
3581                 if (mpte != NULL) {
3582                         mpte->ref_count--;
3583                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3584                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3585                              " va: 0x%lx", va));
3586                 }
3587
3588                 /*
3589                  * Has the physical page changed?
3590                  */
3591                 if (opa == pa) {
3592                         /*
3593                          * No, might be a protection or wiring change.
3594                          */
3595                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3596                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3597                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3598                         goto validate;
3599                 }
3600
3601                 /*
3602                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3603                  * the mapping.
3604                  */
3605                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3606                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3607                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3608                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3609                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3610
3611                         /*
3612                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3613                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3614                          * pmap_ts_referenced().
3615                          */
3616                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3617                                 vm_page_dirty(om);
3618                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
3619                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3620                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3621                         }
3622                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3623                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3624                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3625                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3626                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3627                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3628                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3629                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3630                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3631                 } else {
3632                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
3633                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
3634                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3635                 }
3636                 orig_l3 = 0;
3637         } else {
3638                 /*
3639                  * Increment the counters.
3640                  */
3641                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3642                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3643                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3644         }
3645         /*
3646          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3647          */
3648         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3649                 if (pv == NULL) {
3650                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3651                         pv->pv_va = va;
3652                 }
3653                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3654                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3655                 m->md.pv_gen++;
3656                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3657                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3658         }
3659
3660 validate:
3661         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
3662                 /*
3663                  * Sync icache if exec permission and attribute
3664                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
3665                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
3666                  * later, then other can access this page before caches are
3667                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
3668                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
3669                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
3670                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
3671                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
3672                 */
3673                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3674                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3675                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
3676                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3677                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3678                 }
3679         } else {
3680                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3681         }
3682
3683         /*
3684          * Update the L3 entry
3685          */
3686         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3687                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3688                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3689                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3690                         /* same PA, different attributes */
3691                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
3692                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3693                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3694                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
3695                                 vm_page_dirty(m);
3696                 } else {
3697                         /*
3698                          * orig_l3 == new_l3
3699                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3700                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3701                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3702                          * cycle.
3703                          * Another possible reasons are:
3704                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3705                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3706                          *   actual mapping.
3707                          */
3708                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3709                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3710                             __func__, pmap, va, new_l3);
3711                 }
3712         } else {
3713                 /* New mapping */
3714                 pmap_store(l3, new_l3);
3715                 dsb(ishst);
3716         }
3717
3718 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3719         /*
3720          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
3721          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
3722          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
3723          * that is incorrect a stage 2 pmap.
3724          */
3725         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
3726             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
3727             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3728             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3729                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3730         }
3731 #endif
3732
3733         rv = KERN_SUCCESS;
3734 out:
3735         if (lock != NULL)
3736                 rw_wunlock(lock);
3737         PMAP_UNLOCK(pmap);
3738         return (rv);
3739 }
3740
3741 /*
3742  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3743  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3744  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3745  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3746  * PV entry.
3747  */
3748 static bool
3749 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3750     struct rwlock **lockp)
3751 {
3752         pd_entry_t new_l2;
3753
3754         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3755         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3756
3757         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3758             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
3759             L2_BLOCK);
3760         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3761                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3762                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3763         }
3764         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
3765             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
3766                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
3767         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3768                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
3769         else
3770                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
3771         if (pmap != kernel_pmap)
3772                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
3773         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3774             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3775             KERN_SUCCESS);
3776 }
3777
3778 /*
3779  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
3780  * zero.
3781  */
3782 static bool
3783 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
3784 {
3785         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3786
3787         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
3788         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
3789         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
3790                 if (*pte != 0)
3791                         return (false);
3792         }
3793         return (true);
3794 }
3795
3796 /*
3797  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3798  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3799  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3800  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
3801  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
3802  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3803  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3804  *
3805  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3806  */
3807 static int
3808 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
3809     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
3810 {
3811         struct spglist free;
3812         pd_entry_t *l2, old_l2;
3813         vm_page_t l2pg, mt;
3814
3815         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3816
3817         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
3818             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
3819                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3820                     va, pmap);
3821                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3822         }
3823
3824         /*
3825          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
3826          */
3827         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
3828                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
3829                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
3830                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
3831                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) ==
3832                     L2_BLOCK || !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
3833                         if (l2pg != NULL)
3834                                 l2pg->ref_count--;
3835                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
3836                             " in pmap %p", va, pmap);
3837                         return (KERN_FAILURE);
3838                 }
3839                 SLIST_INIT(&free);
3840                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
3841                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
3842                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
3843                 else
3844                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
3845                             &free, lockp);
3846                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3847                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3848                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3849                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3850                 } else {
3851                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3852                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
3853
3854                         /*
3855                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
3856                          * will leave the kernel page table page zero filled.
3857                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
3858                          * entry for the kernel page table page.
3859                          */
3860                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3861                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3862                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3863                         pmap_clear(l2);
3864                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3865                 }
3866         }
3867
3868         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3869                 /*
3870                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3871                  */
3872                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3873                         if (l2pg != NULL)
3874                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
3875                         CTR2(KTR_PMAP,
3876                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3877                             va, pmap);
3878                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3879                 }
3880                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3881                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3882                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3883         }
3884
3885         /*
3886          * Increment counters.
3887          */
3888         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3889                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3890         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3891
3892         /*
3893          * Map the superpage.
3894          */
3895         pmap_store(l2, new_l2);
3896         dsb(ishst);
3897
3898         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3899         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3900             va, pmap);
3901
3902         return (KERN_SUCCESS);
3903 }
3904
3905 /*
3906  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3907  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3908  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3909  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3910  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3911  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3912  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3913  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3914  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3915  * corresponding offset from m_start are mapped.
3916  */
3917 void
3918 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3919     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3920 {
3921         struct rwlock *lock;
3922         vm_offset_t va;
3923         vm_page_t m, mpte;
3924         vm_pindex_t diff, psize;
3925
3926         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3927
3928         psize = atop(end - start);
3929         mpte = NULL;
3930         m = m_start;
3931         lock = NULL;
3932         PMAP_LOCK(pmap);
3933         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3934                 va = start + ptoa(diff);
3935                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3936                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3937                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3938                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3939                 else
3940                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3941                             &lock);
3942                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3943         }
3944         if (lock != NULL)
3945                 rw_wunlock(lock);
3946         PMAP_UNLOCK(pmap);
3947 }
3948
3949 /*
3950  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3951  * 1. Current pmap & pmap exists.
3952  * 2. Not wired.
3953  * 3. Read access.
3954  * 4. No page table pages.
3955  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3956  */
3957
3958 void
3959 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3960 {
3961         struct rwlock *lock;
3962
3963         lock = NULL;
3964         PMAP_LOCK(pmap);
3965         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3966         if (lock != NULL)
3967                 rw_wunlock(lock);
3968         PMAP_UNLOCK(pmap);
3969 }
3970
3971 static vm_page_t
3972 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3973     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3974 {
3975         pd_entry_t *pde;
3976         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3977         vm_paddr_t pa;
3978         int lvl;
3979
3980         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3981             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3982             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3983         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3984         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3985
3986         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3987         /*
3988          * In the case that a page table page is not
3989          * resident, we are creating it here.
3990          */
3991         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3992                 vm_pindex_t l2pindex;
3993
3994                 /*
3995                  * Calculate pagetable page index
3996                  */
3997                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3998                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3999                         mpte->ref_count++;
4000                 } else {
4001                         /*
4002                          * Get the l2 entry
4003                          */
4004                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4005
4006                         /*
4007                          * If the page table page is mapped, we just increment
4008                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4009                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4010                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4011                          */
4012                         if (lvl == 1) {
4013                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4014                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4015                                     L2_BLOCK)
4016                                         return (NULL);
4017                         }
4018                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4019                                 mpte =
4020                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4021                                 mpte->ref_count++;
4022                         } else {
4023                                 /*
4024                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4025                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4026                                  */
4027                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4028                                 if (mpte == NULL)
4029                                         return (mpte);
4030                         }
4031                 }
4032                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4033                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4034         } else {
4035                 mpte = NULL;
4036                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4037                 KASSERT(pde != NULL,
4038                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4039                      va));
4040                 KASSERT(lvl == 2,
4041                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4042                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4043         }
4044
4045         /*
4046          * Abort if a mapping already exists.
4047          */
4048         if (pmap_load(l3) != 0) {
4049                 if (mpte != NULL)
4050                         mpte->ref_count--;
4051                 return (NULL);
4052         }
4053
4054         /*
4055          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4056          */
4057         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4058             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4059                 if (mpte != NULL)
4060                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4061                 return (NULL);
4062         }
4063
4064         /*
4065          * Increment counters
4066          */
4067         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4068
4069         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4070         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4071             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4072         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4073             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4074                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4075         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4076                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4077         else
4078                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4079         if (pmap != kernel_pmap)
4080                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4081
4082         /*
4083          * Now validate mapping with RO protection
4084          */
4085         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4086                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4087                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4088         }
4089
4090         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4091         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4092             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4093                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4094
4095         pmap_store(l3, l3_val);
4096         dsb(ishst);
4097
4098         return (mpte);
4099 }
4100
4101 /*
4102  * This code maps large physical mmap regions into the
4103  * processor address space.  Note that some shortcuts
4104  * are taken, but the code works.
4105  */
4106 void
4107 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4108     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4109 {
4110
4111         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4112         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4113             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4114 }
4115
4116 /*
4117  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4118  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4119  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4120  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4121  *
4122  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4123  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4124  */
4125 void
4126 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4127 {
4128         vm_offset_t va_next;
4129         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4130         pt_entry_t *l3;
4131
4132         PMAP_LOCK(pmap);
4133         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4134                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4135                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4136                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4137                         if (va_next < sva)
4138                                 va_next = eva;
4139                         continue;
4140                 }
4141
4142                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4143                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4144                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4145                         if (va_next < sva)
4146                                 va_next = eva;
4147                         continue;
4148                 }
4149
4150                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4151                 if (va_next < sva)
4152                         va_next = eva;
4153
4154                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4155                 if (pmap_load(l2) == 0)
4156                         continue;
4157
4158                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4159                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4160                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4161                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4162
4163                         /*
4164                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4165                          * demote the mapping and fall through.
4166                          */
4167                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4168                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4169                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4170                                     PAGE_SIZE;
4171                                 continue;
4172                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4173                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4174                 }
4175                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4176                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4177
4178                 if (va_next > eva)
4179                         va_next = eva;
4180                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4181                     sva += L3_SIZE) {
4182                         if (pmap_load(l3) == 0)
4183                                 continue;
4184                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4185                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4186                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4187
4188                         /*
4189                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4190                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4191                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4192                          */
4193                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4194                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4195                 }
4196         }
4197         PMAP_UNLOCK(pmap);
4198 }
4199
4200 /*
4201  *      Copy the range specified by src_addr/len
4202  *      from the source map to the range dst_addr/len
4203  *      in the destination map.
4204  *
4205  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4206  *
4207  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4208  *      it should not have to flush the instruction cache.
4209  */
4210 void
4211 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4212     vm_offset_t src_addr)
4213 {
4214         struct rwlock *lock;
4215         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4216         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4217         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4218         vm_page_t dst_l2pg, dstmpte, srcmpte;
4219
4220         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4221         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4222
4223         if (dst_addr != src_addr)
4224                 return;
4225         end_addr = src_addr + len;
4226         lock = NULL;
4227         if (dst_pmap < src_pmap) {
4228                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4229                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4230         } else {
4231                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4232                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4233         }
4234         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4235                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4236                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4237                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4238                         if (va_next < addr)
4239                                 va_next = end_addr;
4240                         continue;
4241                 }
4242                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4243                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4244                         va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4245                         if (va_next < addr)
4246                                 va_next = end_addr;
4247                         continue;
4248                 }
4249                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4250                 if (va_next < addr)
4251                         va_next = end_addr;
4252                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4253                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4254                 if (srcptepaddr == 0)
4255                         continue;
4256                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4257                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4258                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4259                                 continue;
4260                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_l2pg, NULL);
4261                         if (l2 == NULL)
4262                                 break;
4263                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4264                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4265                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4266                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4267                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4268                                 nbits = 0;
4269                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
4270                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4271                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
4272                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
4273                                     PAGE_SIZE);
4274                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4275                         } else
4276                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_l2pg);
4277                         continue;
4278                 }
4279                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4280                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
4281                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
4282                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4283                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4284                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4285                 if (va_next > end_addr)
4286                         va_next = end_addr;
4287                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4288                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
4289                 dstmpte = NULL;
4290                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
4291                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
4292
4293                         /*
4294                          * We only virtual copy managed pages.
4295                          */
4296                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4297                                 continue;
4298
4299                         if (dstmpte != NULL) {
4300                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
4301                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
4302                                 dstmpte->ref_count++;
4303                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
4304                             NULL)) == NULL)
4305                                 goto out;
4306                         dst_pte = (pt_entry_t *)
4307                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4308                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
4309                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
4310                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4311                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
4312                                 /*
4313                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4314                                  * (referenced) bits during the copy.
4315                                  */
4316                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4317                                 nbits = 0;
4318                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4319                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4320                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4321                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4322                         } else {
4323                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4324                                 goto out;
4325                         }
4326                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4327                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4328                                 break;
4329                 }
4330         }
4331 out:
4332         /*
4333          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4334          * not active.
4335          */
4336         dsb(ishst);
4337
4338         if (lock != NULL)
4339                 rw_wunlock(lock);
4340         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4341         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4342 }
4343
4344 /*
4345  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4346  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4347  */
4348 void
4349 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4350 {
4351         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4352
4353         pagezero((void *)va);
4354 }
4355
4356 /*
4357  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4358  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4359  *
4360  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4361  */
4362 void
4363 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4364 {
4365         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4366
4367         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4368                 pagezero((void *)va);
4369         else
4370                 bzero((char *)va + off, size);
4371 }
4372
4373 /*
4374  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4375  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4376  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4377  *      time.
4378  */
4379 void
4380 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4381 {
4382         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4383         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4384
4385         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4386 }
4387
4388 int unmapped_buf_allowed = 1;
4389
4390 void
4391 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4392     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4393 {
4394         void *a_cp, *b_cp;
4395         vm_page_t m_a, m_b;
4396         vm_paddr_t p_a, p_b;
4397         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4398         int cnt;
4399
4400         while (xfersize > 0) {
4401                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4402                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4403                 p_a = m_a->phys_addr;
4404                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4405                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4406                 p_b = m_b->phys_addr;
4407                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4408                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4409                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4410                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4411                 } else {
4412                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4413                 }
4414                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4415                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4416                 } else {
4417                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4418                 }
4419                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4420                 a_offset += cnt;
4421                 b_offset += cnt;
4422                 xfersize -= cnt;
4423         }
4424 }
4425
4426 vm_offset_t
4427 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4428 {
4429
4430         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4431 }
4432
4433 void
4434 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4435 {
4436 }
4437
4438 /*
4439  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4440  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4441  * be changed upwards or downwards in the future; it
4442  * is only necessary that true be returned for a small
4443  * subset of pmaps for proper page aging.
4444  */
4445 boolean_t
4446 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4447 {
4448         struct md_page *pvh;
4449         struct rwlock *lock;
4450         pv_entry_t pv;
4451         int loops = 0;
4452         boolean_t rv;
4453
4454         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4455             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4456         rv = FALSE;
4457         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4458         rw_rlock(lock);
4459         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4460                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4461                         rv = TRUE;
4462                         break;
4463                 }
4464                 loops++;
4465                 if (loops >= 16)
4466                         break;
4467         }
4468         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4469                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4470                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4471                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4472                                 rv = TRUE;
4473                                 break;
4474                         }
4475                         loops++;
4476                         if (loops >= 16)
4477                                 break;
4478                 }
4479         }
4480         rw_runlock(lock);
4481         return (rv);
4482 }
4483
4484 /*
4485  *      pmap_page_wired_mappings:
4486  *
4487  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4488  *      that are wired.
4489  */
4490 int
4491 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4492 {
4493         struct rwlock *lock;
4494         struct md_page *pvh;
4495         pmap_t pmap;
4496         pt_entry_t *pte;
4497         pv_entry_t pv;
4498         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4499
4500         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4501                 return (0);
4502         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4503         rw_rlock(lock);
4504 restart:
4505         count = 0;
4506         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4507                 pmap = PV_PMAP(pv);
4508                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4509                         md_gen = m->md.pv_gen;
4510                         rw_runlock(lock);
4511                         PMAP_LOCK(pmap);
4512                         rw_rlock(lock);
4513                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4514                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4515                                 goto restart;
4516                         }
4517                 }
4518                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4519                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4520                         count++;
4521                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4522         }
4523         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4524                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4525                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4526                         pmap = PV_PMAP(pv);
4527                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4528                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4529                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4530                                 rw_runlock(lock);
4531                                 PMAP_LOCK(pmap);
4532                                 rw_rlock(lock);
4533                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4534                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4535                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4536                                         goto restart;
4537                                 }
4538                         }
4539                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4540                         if (pte != NULL &&
4541                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4542                                 count++;
4543                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4544                 }
4545         }
4546         rw_runlock(lock);
4547         return (count);
4548 }
4549
4550 /*
4551  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
4552  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
4553  */
4554 bool
4555 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4556 {
4557         struct rwlock *lock;
4558         bool rv;
4559
4560         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4561                 return (false);
4562         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4563         rw_rlock(lock);
4564         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4565             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4566             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4567         rw_runlock(lock);
4568         return (rv);
4569 }
4570
4571 /*
4572  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4573  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4574  * caller.
4575  *
4576  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4577  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4578  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4579  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4580  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4581  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4582  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4583  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4584  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4585  * this function starts.
4586  */
4587 void
4588 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4589 {
4590         pd_entry_t *pde;
4591         pt_entry_t *pte, tpte;
4592         struct spglist free;
4593         vm_page_t m, ml3, mt;
4594         pv_entry_t pv;
4595         struct md_page *pvh;
4596         struct pv_chunk *pc, *npc;
4597         struct rwlock *lock;
4598         int64_t bit;
4599         uint64_t inuse, bitmask;
4600         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4601         vm_paddr_t pa;
4602
4603         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
4604
4605         lock = NULL;
4606
4607         SLIST_INIT(&free);
4608         PMAP_LOCK(pmap);
4609         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4610                 allfree = 1;
4611                 freed = 0;
4612                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4613                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4614                         while (inuse != 0) {
4615                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4616                                 bitmask = 1UL << bit;
4617                                 idx = field * 64 + bit;
4618                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4619                                 inuse &= ~bitmask;
4620
4621                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4622                                 KASSERT(pde != NULL,
4623                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4624
4625                                 switch(lvl) {
4626                                 case 1:
4627                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4628                                         tpte = pmap_load(pte); 
4629                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4630                                             L2_BLOCK,
4631                                             ("Attempting to remove an invalid "
4632                                             "block: %lx", tpte));
4633                                         break;
4634                                 case 2:
4635                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4636                                         tpte = pmap_load(pte);
4637                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4638                                             L3_PAGE,
4639                                             ("Attempting to remove an invalid "
4640                                              "page: %lx", tpte));
4641                                         break;
4642                                 default:
4643                                         panic(
4644                                             "Invalid page directory level: %d",
4645                                             lvl);
4646                                 }
4647
4648 /*
4649  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4650  */
4651                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4652                                         allfree = 0;
4653                                         continue;
4654                                 }
4655
4656                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4657
4658                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4659                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4660                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4661                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4662                                     (uintmax_t)tpte));
4663
4664                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4665                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4666                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4667                                     (uintmax_t)tpte));
4668
4669                                 /*
4670                                  * Because this pmap is not active on other
4671                                  * processors, the dirty bit cannot have
4672                                  * changed state since we last loaded pte.
4673                                  */
4674                                 pmap_clear(pte);
4675
4676                                 /*
4677                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4678                                  */
4679                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
4680                                         switch (lvl) {
4681                                         case 1:
4682                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4683                                                         vm_page_dirty(mt);
4684                                                 break;
4685                                         case 2:
4686                                                 vm_page_dirty(m);
4687                                                 break;
4688                                         }
4689                                 }
4690
4691                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4692
4693                                 /* Mark free */
4694                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4695                                 switch (lvl) {
4696                                 case 1:
4697                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4698                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4699                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4700                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4701                                         pvh->pv_gen++;
4702                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4703                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4704                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4705                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4706                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4707                                         }
4708                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4709                                             pv->pv_va);
4710                                         if (ml3 != NULL) {
4711                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4712                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4713                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4714                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
4715                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
4716                                                 ml3->ref_count = 0;
4717                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4718                                                     &free, FALSE);
4719                                         }
4720                                         break;
4721                                 case 2:
4722                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4723                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4724                                             pv_next);
4725                                         m->md.pv_gen++;
4726                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4727                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4728                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4729                                                 pvh = pa_to_pvh(
4730                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4731                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4732                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4733                                                             PGA_WRITEABLE);
4734                                         }
4735                                         break;
4736                                 }
4737                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4738                                     &free);
4739                                 freed++;
4740                         }
4741                 }
4742                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4743                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4744                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4745                 if (allfree) {
4746                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4747                         free_pv_chunk(pc);
4748                 }
4749         }
4750         if (lock != NULL)
4751                 rw_wunlock(lock);
4752         pmap_invalidate_all(pmap);
4753         PMAP_UNLOCK(pmap);
4754         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4755 }
4756
4757 /*
4758  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
4759  */
4760 static boolean_t
4761 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4762 {
4763         struct rwlock *lock;
4764         pv_entry_t pv;
4765         struct md_page *pvh;
4766         pt_entry_t *pte, mask, value;
4767         pmap_t pmap;
4768         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4769         boolean_t rv;
4770
4771         rv = FALSE;
4772         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4773         rw_rlock(lock);
4774 restart:
4775         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4776                 pmap = PV_PMAP(pv);
4777                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4778                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4779                         md_gen = m->md.pv_gen;
4780                         rw_runlock(lock);
4781                         PMAP_LOCK(pmap);
4782                         rw_rlock(lock);
4783                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4784                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4785                                 goto restart;
4786                         }
4787                 }
4788                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4789                 KASSERT(lvl == 3,
4790                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4791                 mask = 0;
4792                 value = 0;
4793                 if (modified) {
4794                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4795                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4796                 }
4797                 if (accessed) {
4798                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4799                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
4800                 }
4801                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4802                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4803                 if (rv)
4804                         goto out;
4805         }
4806         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4807                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4808                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4809                         pmap = PV_PMAP(pv);
4810                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4811                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4812                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4813                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4814                                 rw_runlock(lock);
4815                                 PMAP_LOCK(pmap);
4816                                 rw_rlock(lock);
4817                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4818                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4819                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4820                                         goto restart;
4821                                 }
4822                         }
4823                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4824                         KASSERT(lvl == 2,
4825                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4826                         mask = 0;
4827                         value = 0;
4828                         if (modified) {
4829                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
4830                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
4831                         }
4832                         if (accessed) {
4833                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4834                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
4835                         }
4836                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4837                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4838                         if (rv)
4839                                 goto out;
4840                 }
4841         }
4842 out:
4843         rw_runlock(lock);
4844         return (rv);
4845 }
4846
4847 /*
4848  *      pmap_is_modified:
4849  *
4850  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4851  *      in any physical maps.
4852  */
4853 boolean_t
4854 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4855 {
4856
4857         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4858             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4859
4860         /*
4861          * If the page is not busied then this check is racy.
4862          */
4863         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4864                 return (FALSE);
4865         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
4866 }
4867
4868 /*
4869  *      pmap_is_prefaultable:
4870  *
4871  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
4872  *      for prefault.
4873  */
4874 boolean_t
4875 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4876 {
4877         pt_entry_t *pte;
4878         boolean_t rv;
4879         int lvl;
4880
4881         rv = FALSE;
4882         PMAP_LOCK(pmap);
4883         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
4884         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
4885                 rv = TRUE;
4886         }
4887         PMAP_UNLOCK(pmap);
4888         return (rv);
4889 }
4890
4891 /*
4892  *      pmap_is_referenced:
4893  *
4894  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4895  *      in any physical maps.
4896  */
4897 boolean_t
4898 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4899 {
4900
4901         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4902             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4903         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
4904 }
4905
4906 /*
4907  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4908  */
4909 void
4910 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4911 {
4912         struct md_page *pvh;
4913         pmap_t pmap;
4914         struct rwlock *lock;
4915         pv_entry_t next_pv, pv;
4916         pt_entry_t oldpte, *pte;
4917         vm_offset_t va;
4918         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4919
4920         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4921             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4922         vm_page_assert_busied(m);
4923
4924         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4925                 return;
4926         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4927         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4928             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4929 retry_pv_loop:
4930         rw_wlock(lock);
4931         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4932                 pmap = PV_PMAP(pv);
4933                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4934                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4935                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4936                         rw_wunlock(lock);
4937                         PMAP_LOCK(pmap);
4938                         rw_wlock(lock);
4939                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4940                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4941                                 rw_wunlock(lock);
4942                                 goto retry_pv_loop;
4943                         }
4944                 }
4945                 va = pv->pv_va;
4946                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4947                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
4948                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
4949                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4950                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4951                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4952                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4953         }
4954         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4955                 pmap = PV_PMAP(pv);
4956                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4957                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4958                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4959                         md_gen = m->md.pv_gen;
4960                         rw_wunlock(lock);
4961                         PMAP_LOCK(pmap);
4962                         rw_wlock(lock);
4963                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4964                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4965                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4966                                 rw_wunlock(lock);
4967                                 goto retry_pv_loop;
4968                         }
4969                 }
4970                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4971                 oldpte = pmap_load(pte);
4972 retry:
4973                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
4974                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
4975                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
4976                                 goto retry;
4977                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
4978                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
4979                                 vm_page_dirty(m);
4980                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4981                 }
4982                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4983         }
4984         rw_wunlock(lock);
4985         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4986 }
4987
4988 /*
4989  *      pmap_ts_referenced:
4990  *
4991  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4992  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4993  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4994  *      reference bits set.
4995  *
4996  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4997  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4998  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4999  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5000  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5001  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5002  *      to pmap_is_modified().
5003  */
5004 int
5005 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5006 {
5007         struct md_page *pvh;
5008         pv_entry_t pv, pvf;
5009         pmap_t pmap;
5010         struct rwlock *lock;
5011         pd_entry_t *pde, tpde;
5012         pt_entry_t *pte, tpte;
5013         vm_offset_t va;
5014         vm_paddr_t pa;
5015         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5016         struct spglist free;
5017
5018         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5019             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5020         SLIST_INIT(&free);
5021         cleared = 0;
5022         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5023         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5024         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
5025         rw_wlock(lock);
5026 retry:
5027         not_cleared = 0;
5028         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5029                 goto small_mappings;
5030         pv = pvf;
5031         do {
5032                 if (pvf == NULL)
5033                         pvf = pv;
5034                 pmap = PV_PMAP(pv);
5035                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5036                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5037                         rw_wunlock(lock);
5038                         PMAP_LOCK(pmap);
5039                         rw_wlock(lock);
5040                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5041                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5042                                 goto retry;
5043                         }
5044                 }
5045                 va = pv->pv_va;
5046                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5047                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5048                 KASSERT(lvl == 1,
5049                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5050                 tpde = pmap_load(pde);
5051                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5052                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5053                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5054                 tpte = pmap_load(pte);
5055                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5056                         /*
5057                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5058                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5059                          * we only update the 4KB page under test.
5060                          */
5061                         vm_page_dirty(m);
5062                 }
5063
5064                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5065                         /*
5066                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5067                          * it should not be cleared every time it is tested.
5068                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5069                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5070                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5071                          * which testing the reference bit will result in
5072                          * clearing that reference bit.  This function is
5073                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5074                          * for every 2MB page mapping.
5075                          *
5076                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5077                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5078                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5079                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5080                          * since the superpage is wired, the current state of
5081                          * its reference bit won't affect page replacement.
5082                          */
5083                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
5084                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5085                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5086                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5087                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5088                                 cleared++;
5089                         } else
5090                                 not_cleared++;
5091                 }
5092                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5093                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5094                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5095                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5096                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5097                         pvh->pv_gen++;
5098                 }
5099                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5100                         goto out;
5101         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5102 small_mappings:
5103         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5104                 goto out;
5105         pv = pvf;
5106         do {
5107                 if (pvf == NULL)
5108                         pvf = pv;
5109                 pmap = PV_PMAP(pv);
5110                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5111                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5112                         md_gen = m->md.pv_gen;
5113                         rw_wunlock(lock);
5114                         PMAP_LOCK(pmap);
5115                         rw_wlock(lock);
5116                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5117                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5118                                 goto retry;
5119                         }
5120                 }
5121                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5122                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5123                 KASSERT(lvl == 2,
5124                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5125                 tpde = pmap_load(pde);
5126                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5127                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5128                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5129                 tpte = pmap_load(pte);
5130                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5131                         vm_page_dirty(m);
5132                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5133                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5134                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5135                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5136                                 cleared++;
5137                         } else
5138                                 not_cleared++;
5139                 }
5140                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5141                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5142                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5143                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5144                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5145                         m->md.pv_gen++;
5146                 }
5147         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5148             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5149 out:
5150         rw_wunlock(lock);
5151         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5152         return (cleared + not_cleared);
5153 }
5154
5155 /*
5156  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5157  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5158  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5159  */
5160 void
5161 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5162 {
5163         struct rwlock *lock;
5164         vm_offset_t va, va_next;
5165         vm_page_t m;
5166         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5167         pt_entry_t *l3, oldl3;
5168
5169         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5170
5171         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5172                 return;
5173
5174         PMAP_LOCK(pmap);
5175         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5176                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5177                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5178                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5179                         if (va_next < sva)
5180                                 va_next = eva;
5181                         continue;
5182                 }
5183                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5184                 if (pmap_load(l1) == 0) {
5185                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5186                         if (va_next < sva)
5187                                 va_next = eva;
5188                         continue;
5189                 }
5190                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5191                 if (va_next < sva)
5192                         va_next = eva;
5193                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5194                 oldl2 = pmap_load(l2);
5195                 if (oldl2 == 0)
5196                         continue;
5197                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5198                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5199                                 continue;
5200                         lock = NULL;
5201                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5202                                 if (lock != NULL)
5203                                         rw_wunlock(lock);
5204
5205                                 /*
5206                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5207                                  */
5208                                 continue;
5209                         }
5210
5211                         /*
5212                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5213                          * mapping to a single page so that a subsequent
5214                          * access may repromote.  Choosing the last page
5215                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5216                          * generally results in more repromotions.  Since the
5217                          * underlying page table page is fully populated, this
5218                          * removal never frees a page table page.
5219                          */
5220                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5221                                 va = eva;
5222                                 if (va > va_next)
5223                                         va = va_next;
5224                                 va -= PAGE_SIZE;
5225                                 KASSERT(va >= sva,
5226                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5227                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5228                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5229                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5230                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5231                                     NULL, &lock);
5232                         }
5233                         if (lock != NULL)
5234                                 rw_wunlock(lock);
5235                 }
5236                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5237                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5238                 if (va_next > eva)
5239                         va_next = eva;
5240                 va = va_next;
5241                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5242                     sva += L3_SIZE) {
5243                         oldl3 = pmap_load(l3);
5244                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5245                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5246                                 goto maybe_invlrng;
5247                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5248                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5249                                         /*
5250                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5251                                          * can be avoided by making the page
5252                                          * dirty now.
5253                                          */
5254                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5255                                         vm_page_dirty(m);
5256                                 }
5257                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5258                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5259                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5260                                         cpu_spinwait();
5261                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5262                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5263                         else
5264                                 goto maybe_invlrng;
5265                         if (va == va_next)
5266                                 va = sva;
5267                         continue;
5268 maybe_invlrng:
5269                         if (va != va_next) {
5270                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5271                                 va = va_next;
5272                         }
5273                 }
5274                 if (va != va_next)
5275                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5276         }
5277         PMAP_UNLOCK(pmap);
5278 }
5279
5280 /*
5281  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5282  */
5283 void
5284 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5285 {
5286         struct md_page *pvh;
5287         struct rwlock *lock;
5288         pmap_t pmap;
5289         pv_entry_t next_pv, pv;
5290         pd_entry_t *l2, oldl2;
5291         pt_entry_t *l3, oldl3;
5292         vm_offset_t va;
5293         int md_gen, pvh_gen;
5294
5295         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5296             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5297         vm_page_assert_busied(m);
5298
5299         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5300                 return;
5301         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5302             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5303         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5304         rw_wlock(lock);
5305 restart:
5306         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5307                 pmap = PV_PMAP(pv);
5308                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5309                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5310                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5311                         rw_wunlock(lock);
5312                         PMAP_LOCK(pmap);
5313                         rw_wlock(lock);
5314                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5315                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5316                                 goto restart;
5317                         }
5318                 }
5319                 va = pv->pv_va;
5320                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5321                 oldl2 = pmap_load(l2);
5322                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5323                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5324                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5325                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5326                         /*
5327                          * Write protect the mapping to a single page so that
5328                          * a subsequent write access may repromote.
5329                          */
5330                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5331                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5332                         oldl3 = pmap_load(l3);
5333                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5334                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5335                                 cpu_spinwait();
5336                         vm_page_dirty(m);
5337                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5338                 }
5339                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5340         }
5341         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5342                 pmap = PV_PMAP(pv);
5343                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5344                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5345                         md_gen = m->md.pv_gen;
5346                         pvh_gen = pvh->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 restart;
5353                         }
5354                 }
5355                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5356                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5357                 oldl3 = pmap_load(l3);
5358                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5359                     (oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
5360                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
5361                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5362                 }
5363                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5364         }
5365         rw_wunlock(lock);
5366 }
5367
5368 void *
5369 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5370 {
5371         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5372         vm_offset_t va, offset;
5373         pd_entry_t *pde;
5374         pt_entry_t *l2;
5375         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5376
5377         if (!vm_initialized) {
5378                 /*
5379                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5380                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5381                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5382                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5383                  */
5384                  if (size == 0)
5385                          return (NULL);
5386
5387                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5388                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5389                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5390
5391                 offset = pa & L2_OFFSET;
5392
5393                 if (preinit_map_va == 0)
5394                         return (NULL);
5395
5396                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5397
5398                 free_l2_count = 0;
5399                 start_idx = -1;
5400                 /* Find enough free contiguous VA space */
5401                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5402                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5403                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5404                                 /* Not enough space here */
5405                                 free_l2_count = 0;
5406                                 start_idx = -1;
5407                                 continue;
5408                         }
5409
5410                         if (ppim->pa == 0) {
5411                                 /* Free L2 block */
5412                                 if (start_idx == -1)
5413                                         start_idx = i;
5414                                 free_l2_count++;
5415                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5416                                         break;
5417                         }
5418                 }
5419                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5420                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5421
5422                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5423                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5424                         /* Mark entries as allocated */
5425                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5426                         ppim->pa = pa;
5427                         ppim->va = va + offset;
5428                         ppim->size = size;
5429                 }
5430
5431                 /* Map L2 blocks */
5432                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5433                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5434                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5435                         KASSERT(pde != NULL,
5436                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5437                             va));
5438                         KASSERT(lvl == 1,
5439                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5440
5441                         /* Insert L2_BLOCK */
5442                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5443                         pmap_load_store(l2,
5444                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
5445                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
5446
5447                         va += L2_SIZE;
5448                         pa += L2_SIZE;
5449                 }
5450                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5451
5452                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5453
5454         } else {
5455                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5456                 offset = pa & PAGE_MASK;
5457                 size = round_page(offset + size);
5458
5459                 va = kva_alloc(size);
5460                 if (va == 0)
5461                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5462
5463                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5464                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5465
5466                 /* L3 table is linked */
5467                 va = trunc_page(va);
5468                 pa = trunc_page(pa);
5469                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
5470         }
5471
5472         return ((void *)(va + offset));
5473 }
5474
5475 void
5476 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5477 {
5478         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5479         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5480         pd_entry_t *pde;
5481         pt_entry_t *l2;
5482         int i, lvl, l2_blocks, block;
5483         bool preinit_map;
5484
5485         l2_blocks =
5486            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5487         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5488
5489         /* Remove preinit mapping */
5490         preinit_map = false;
5491         block = 0;
5492         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5493                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5494                 if (ppim->va == va) {
5495                         KASSERT(ppim->size == size,
5496                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5497                         ppim->va = 0;
5498                         ppim->pa = 0;
5499                         ppim->size = 0;
5500                         preinit_map = true;
5501                         offset = block * L2_SIZE;
5502                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5503
5504                         /* Remove L2_BLOCK */
5505                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5506                         KASSERT(pde != NULL,
5507                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5508                             va_trunc));
5509                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5510                         pmap_clear(l2);
5511
5512                         if (block == (l2_blocks - 1))
5513                                 break;
5514                         block++;
5515                 }
5516         }
5517         if (preinit_map) {
5518                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5519                 return;
5520         }
5521
5522         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5523         if (vm_initialized) {
5524                 offset = va & PAGE_MASK;
5525                 size = round_page(offset + size);
5526                 va = trunc_page(va);
5527
5528                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5529                 KASSERT(pde != NULL,
5530                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5531                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5532
5533                 /* Unmap and invalidate the pages */
5534                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5535                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5536
5537                 kva_free(va, size);
5538         }
5539 }
5540
5541 /*
5542  * Sets the memory attribute for the specified page.
5543  */
5544 void
5545 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5546 {
5547
5548         m->md.pv_memattr = ma;
5549
5550         /*
5551          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5552          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5553          * required for data coherence.
5554          */
5555         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5556             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5557             m->md.pv_memattr) != 0)
5558                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5559 }
5560
5561 /*
5562  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5563  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5564  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5565  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5566  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5567  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5568  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5569  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5570  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5571  * same physical page have different memory types.
5572  *
5573  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5574  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5575  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5576  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5577  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5578  * virtual address range or the direct map.
5579  */
5580 int
5581 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5582 {
5583         int error;
5584
5585         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5586         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5587         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5588         return (error);
5589 }
5590
5591 static int
5592 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5593 {
5594         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5595         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5596         int lvl;
5597
5598         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5599         base = trunc_page(va);
5600         offset = va & PAGE_MASK;
5601         size = round_page(offset + size);
5602
5603         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
5604             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
5605                 return (EINVAL);
5606
5607         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5608                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5609                 if (pte == NULL)
5610                         return (EINVAL);
5611
5612                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_S1_IDX_MASK) == ATTR_S1_IDX(mode)) {
5613                         /*
5614                          * We already have the correct attribute,
5615                          * ignore this entry.
5616                          */
5617                         switch (lvl) {
5618                         default:
5619                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5620                         case 1:
5621                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5622                                 break;
5623                         case 2:
5624                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5625                                 break;
5626                         case 3:
5627                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5628                                 break;
5629                         }
5630                 } else {
5631                         /*
5632                          * Split the entry to an level 3 table, then
5633                          * set the new attribute.
5634                          */
5635                         switch (lvl) {
5636                         default:
5637                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5638                         case 1:
5639                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5640                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5641                                 if (newpte == NULL)
5642                                         return (EINVAL);
5643                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5644                         case 2:
5645                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5646                                     tmpva);
5647                                 if (newpte == NULL)
5648                                         return (EINVAL);
5649                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5650                         case 3:
5651                                 /* Update the entry */
5652                                 l3 = pmap_load(pte);
5653                                 l3 &= ~ATTR_S1_IDX_MASK;
5654                                 l3 |= ATTR_S1_IDX(mode);
5655                                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE)
5656                                         l3 |= ATTR_S1_XN;
5657
5658                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5659                                     PAGE_SIZE);
5660
5661                                 /*
5662                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5663                                  * the cache.
5664                                  */
5665                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5666                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5667
5668                                 break;
5669                         }
5670                         tmpva += PAGE_SIZE;
5671                 }
5672         }
5673
5674         return (0);
5675 }
5676
5677 /*
5678  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5679  */
5680 static pt_entry_t *
5681 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5682 {
5683         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5684         vm_offset_t tmpl1;
5685         vm_paddr_t l2phys, phys;
5686         vm_page_t ml2;
5687         int i;
5688
5689         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5690         oldl1 = pmap_load(l1);
5691         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5692             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5693         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5694             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5695         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5696             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5697
5698         tmpl1 = 0;
5699         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5700                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5701                 if (tmpl1 == 0)
5702                         return (NULL);
5703         }
5704
5705         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5706             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5707                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5708                     " in pmap %p", va, pmap);
5709                 return (NULL);
5710         }
5711
5712         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5713         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5714
5715         /* Address the range points at */
5716         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5717         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5718         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5719
5720         /* Create the new entries */
5721         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5722                 l2[i] = newl2 | phys;
5723                 phys += L2_SIZE;
5724         }
5725         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5726             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5727             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5728
5729         if (tmpl1 != 0) {
5730                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5731                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
5732                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5733                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5734         }
5735
5736         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5737
5738         if (tmpl1 != 0) {
5739                 pmap_kremove(tmpl1);
5740                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5741         }
5742
5743         return (l2);
5744 }
5745
5746 static void
5747 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5748 {
5749         pt_entry_t *l3;
5750
5751         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5752                 *l3 = newl3;
5753                 newl3 += L3_SIZE;
5754         }
5755 }
5756
5757 static void
5758 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
5759     struct rwlock **lockp)
5760 {
5761         struct spglist free;
5762
5763         SLIST_INIT(&free);
5764         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
5765             lockp);
5766         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5767 }
5768
5769 /*
5770  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
5771  */
5772 static pt_entry_t *
5773 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
5774     struct rwlock **lockp)
5775 {
5776         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
5777         vm_offset_t tmpl2;
5778         vm_paddr_t l3phys;
5779         vm_page_t ml3;
5780
5781         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5782         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5783         l3 = NULL;
5784         oldl2 = pmap_load(l2);
5785         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
5786             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
5787         va &= ~L2_OFFSET;
5788
5789         tmpl2 = 0;
5790         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
5791                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5792                 if (tmpl2 == 0)
5793                         return (NULL);
5794         }
5795
5796         /*
5797          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5798          * mapping was never accessed.
5799          */
5800         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
5801                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5802                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
5803                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5804                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
5805                     va, pmap);
5806                 goto fail;
5807         }
5808
5809         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
5810                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5811                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
5812                     " is missing"));
5813
5814                 /*
5815                  * If the page table page is missing and the mapping
5816                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5817                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5818                  * for every other part of the kernel address space,
5819                  * so the direct map region is the only part of the
5820                  * kernel address space that must be handled here.
5821                  */
5822                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
5823                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
5824
5825                 /*
5826                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5827                  * region of the kernel's address space, then the page
5828                  * allocation request specifies the highest possible
5829                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5830                  * priority is normal.
5831                  */
5832                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
5833                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5834                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5835
5836                 /*
5837                  * If the allocation of the new page table page fails,
5838                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5839                  */
5840                 if (ml3 == NULL) {
5841                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5842                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
5843                             " in pmap %p", va, pmap);
5844                         goto fail;
5845                 }
5846
5847                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5848                         ml3->ref_count = NL3PG;
5849                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5850                 }
5851         }
5852         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
5853         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
5854         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
5855         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
5856             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
5857             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
5858
5859         /*
5860          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5861          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
5862          *
5863          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
5864          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
5865          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
5866          */
5867         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
5868                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
5869
5870         /*
5871          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
5872          */
5873         if (tmpl2 != 0) {
5874                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
5875                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
5876                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
5877                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
5878         }
5879
5880         /*
5881          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5882          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5883          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
5884          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5885          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
5886          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5887          */
5888         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5889                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
5890
5891         /*
5892          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
5893          * the 2MB page mapping.
5894          */
5895         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5896
5897         /*
5898          * Demote the PV entry.
5899          */
5900         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5901                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
5902
5903         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
5904         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
5905             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
5906
5907 fail:
5908         if (tmpl2 != 0) {
5909                 pmap_kremove(tmpl2);
5910                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
5911         }
5912
5913         return (l3);
5914
5915 }
5916
5917 static pt_entry_t *
5918 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
5919 {
5920         struct rwlock *lock;
5921         pt_entry_t *l3;
5922
5923         lock = NULL;
5924         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
5925         if (lock != NULL)
5926                 rw_wunlock(lock);
5927         return (l3);
5928 }
5929
5930 /*
5931  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5932  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5933  * find other mappings.
5934  */
5935 int
5936 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5937 {
5938         pt_entry_t *pte, tpte;
5939         vm_paddr_t mask, pa;
5940         int lvl, val;
5941         bool managed;
5942
5943         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5944         PMAP_LOCK(pmap);
5945         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5946         if (pte != NULL) {
5947                 tpte = pmap_load(pte);
5948
5949                 switch (lvl) {
5950                 case 3:
5951                         mask = L3_OFFSET;
5952                         break;
5953                 case 2:
5954                         mask = L2_OFFSET;
5955                         break;
5956                 case 1:
5957                         mask = L1_OFFSET;
5958                         break;
5959                 default:
5960                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
5961                 }
5962
5963                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
5964                 val = MINCORE_INCORE;
5965                 if (lvl != 3)
5966                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
5967                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
5968                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
5969                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5970                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
5971                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5972
5973                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
5974         } else {
5975                 managed = false;
5976                 val = 0;
5977         }
5978
5979         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5980             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
5981                 *pap = pa;
5982         }
5983         PMAP_UNLOCK(pmap);
5984         return (val);
5985 }
5986
5987 /*
5988  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
5989  * reserved.
5990  */
5991 static void
5992 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
5993 {
5994         pmap_t curpmap;
5995         int asid, cpuid, epoch;
5996         struct asid_set *set;
5997         enum pmap_stage stage;
5998
5999         set = pmap->pm_asid_set;
6000         stage = pmap->pm_stage;
6001
6002         set = pmap->pm_asid_set;
6003         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6004         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6005
6006         /*
6007          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6008          * loads from pc_curpmap are performed.
6009          */
6010         epoch = set->asid_epoch + 1;
6011         if (epoch == INT_MAX)
6012                 epoch = 0;
6013         set->asid_epoch = epoch;
6014         dsb(ishst);
6015         if (stage == PM_STAGE1) {
6016                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6017         } else {
6018                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6019                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6020                     __func__));
6021                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6022         }
6023         dsb(ish);
6024         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6025             set->asid_set_size - 1);
6026         CPU_FOREACH(cpuid) {
6027                 if (cpuid == curcpu)
6028                         continue;
6029                 if (stage == PM_STAGE1) {
6030                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6031                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6032                 } else {
6033                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6034                         if (curpmap == NULL)
6035                                 continue;
6036                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6037                 }
6038                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6039                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6040                 if (asid == -1)
6041                         continue;
6042                 bit_set(set->asid_set, asid);
6043                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6044         }
6045 }
6046
6047 /*
6048  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6049  */
6050 static void
6051 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6052 {
6053         struct asid_set *set;
6054         int new_asid;
6055
6056         set = pmap->pm_asid_set;
6057         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6058
6059         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6060
6061         /*
6062          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6063          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6064          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6065          * don't need to allocate a new ASID.
6066          */
6067         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6068                 goto out;
6069
6070         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6071             &new_asid);
6072         if (new_asid == -1) {
6073                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6074                     set->asid_next, &new_asid);
6075                 if (new_asid == -1) {
6076                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6077                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6078                             set->asid_set_size, &new_asid);
6079                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6080                 }
6081         }
6082         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6083         set->asid_next = new_asid + 1;
6084         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6085 out:
6086         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6087 }
6088
6089 /*
6090  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6091  * pmap.  This value may change from time to time.
6092  */
6093 uint64_t
6094 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6095 {
6096
6097         return (ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie)) |
6098             pmap->pm_l0_paddr);
6099 }
6100
6101 static bool
6102 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6103 {
6104         struct asid_set *set;
6105         int epoch;
6106
6107         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
6108         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
6109
6110         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
6111             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
6112                 /*
6113                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
6114                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
6115                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
6116                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
6117                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
6118                  * instructions performed on the old processor have completed.
6119                  */
6120                 dsb(ish);
6121                 return (false);
6122         }
6123
6124         set = pmap->pm_asid_set;
6125         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6126
6127         /*
6128          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
6129          * load from asid_epoch is performed.
6130          */
6131         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
6132                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
6133         else
6134                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
6135         dsb(ish);
6136         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
6137         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
6138                 pmap_alloc_asid(pmap);
6139
6140         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
6141                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
6142                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
6143                         invalidate_local_icache();
6144         }
6145         return (true);
6146 }
6147
6148 void
6149 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
6150 {
6151
6152         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6153
6154         (void)pmap_activate_int(pmap);
6155 }
6156
6157 void
6158 pmap_activate(struct thread *td)
6159 {
6160         pmap_t  pmap;
6161
6162         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6163         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6164         critical_enter();
6165         (void)pmap_activate_int(pmap);
6166         critical_exit();
6167 }
6168
6169 /*
6170  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
6171  * to cpu_switch().
6172  */
6173 struct pcb *
6174 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
6175 {
6176         pcpu_bp_harden bp_harden;
6177         struct pcb *pcb;
6178
6179         /* Store the new curthread */
6180         PCPU_SET(curthread, new);
6181
6182         /* And the new pcb */
6183         pcb = new->td_pcb;
6184         PCPU_SET(curpcb, pcb);
6185
6186         /*
6187          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
6188          * to a user process.
6189          */
6190
6191         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
6192                 /*
6193                  * Stop userspace from training the branch predictor against
6194                  * other processes. This will call into a CPU specific
6195                  * function that clears the branch predictor state.
6196                  */
6197                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
6198                 if (bp_harden != NULL)
6199                         bp_harden();
6200         }
6201
6202         return (pcb);
6203 }
6204
6205 void
6206 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6207 {
6208
6209         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6210         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6211                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
6212         } else {
6213                 u_int len, offset;
6214                 vm_paddr_t pa;
6215
6216                 /* Find the length of data in this page to flush */
6217                 offset = va & PAGE_MASK;
6218                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
6219
6220                 while (sz != 0) {
6221                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
6222                         pa = pmap_extract(pmap, va);
6223                         if (pa != 0)
6224                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
6225
6226                         /* Move to the next page */
6227                         sz -= len;
6228                         va += len;
6229                         /* Set the length for the next iteration */
6230                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
6231                 }
6232         }
6233 }
6234
6235 static int
6236 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6237 {
6238         pd_entry_t *pdep;
6239         pt_entry_t *ptep, pte;
6240         int rv, lvl, dfsc;
6241
6242         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6243         rv = KERN_FAILURE;
6244
6245         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6246         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
6247         switch (dfsc) {
6248         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6249         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6250         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6251         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6252                 PMAP_LOCK(pmap);
6253                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
6254                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
6255                         PMAP_LOCK(pmap);
6256                         break;
6257                 }
6258
6259                 switch (lvl) {
6260                 case 0:
6261                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
6262                         break;
6263                 case 1:
6264                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
6265                         break;
6266                 case 2:
6267                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
6268                         break;
6269                 default:
6270                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
6271                 }
6272                 goto fault_exec;
6273
6274         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6275         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6276         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6277                 PMAP_LOCK(pmap);
6278                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6279 fault_exec:
6280                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
6281                         if (icache_vmid) {
6282                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
6283                         } else {
6284                                 /*
6285                                  * If accessing an executable page invalidate
6286                                  * the I-cache so it will be valid when we
6287                                  * continue execution in the guest. The D-cache
6288                                  * is assumed to already be clean to the Point
6289                                  * of Coherency.
6290                                  */
6291                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
6292                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
6293                                         invalidate_icache();
6294                                 }
6295                         }
6296                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
6297                         rv = KERN_SUCCESS;
6298                 }
6299                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6300                 break;
6301         }
6302
6303         return (rv);
6304 }
6305
6306 int
6307 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
6308 {
6309         pt_entry_t pte, *ptep;
6310         register_t intr;
6311         uint64_t ec, par;
6312         int lvl, rv;
6313
6314         rv = KERN_FAILURE;
6315
6316         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
6317         switch (ec) {
6318         case EXCP_INSN_ABORT_L:
6319         case EXCP_INSN_ABORT:
6320         case EXCP_DATA_ABORT_L:
6321         case EXCP_DATA_ABORT:
6322                 break;
6323         default:
6324                 return (rv);
6325         }
6326
6327         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
6328                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
6329
6330         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
6331         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
6332         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
6333         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
6334         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
6335                 PMAP_LOCK(pmap);
6336                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6337                 if (ptep != NULL) {
6338                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
6339                         rv = KERN_SUCCESS;
6340                         /*
6341                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
6342                          * dirty if this is a write fault.
6343                          */
6344                 }
6345                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6346                 break;
6347         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
6348         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
6349         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
6350                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
6351                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
6352                         return (rv);
6353                 PMAP_LOCK(pmap);
6354                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
6355                 if (ptep != NULL &&
6356                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
6357                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
6358                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
6359                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
6360                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
6361                         }
6362                         rv = KERN_SUCCESS;
6363                 }
6364                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6365                 break;
6366         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
6367         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
6368         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
6369         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
6370                 /*
6371                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
6372                  * produce a transient fault.
6373                  */
6374                 if (pmap == kernel_pmap) {
6375                         /*
6376                          * The translation fault may have occurred within a
6377                          * critical section.  Therefore, we must check the
6378                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
6379                          */
6380                         if (pmap_kextract(far) != 0)
6381                                 rv = KERN_SUCCESS;
6382                 } else {
6383                         PMAP_LOCK(pmap);
6384                         /* Ask the MMU to check the address. */
6385                         intr = intr_disable();
6386                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
6387                         intr_restore(intr);
6388                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6389
6390                         /*
6391                          * If the translation was successful, then we can
6392                          * return success to the trap handler.
6393                          */
6394                         if (PAR_SUCCESS(par))
6395                                 rv = KERN_SUCCESS;
6396                 }
6397                 break;
6398         }
6399
6400         return (rv);
6401 }
6402
6403 /*
6404  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6405  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6406  */
6407 void
6408 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6409     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6410 {
6411         vm_offset_t superpage_offset;
6412
6413         if (size < L2_SIZE)
6414                 return;
6415         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6416                 offset += ptoa(object->pg_color);
6417         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
6418         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
6419             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
6420                 return;
6421         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
6422                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6423         else
6424                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
6425 }
6426
6427 /**
6428  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
6429  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
6430  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
6431  *
6432  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
6433  *                    address on the kernel memory map.
6434  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
6435  *                    of the pages passed in the page parameter.
6436  * \param count       Number of pages passed in.
6437  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
6438  *                    page faults, FALSE otherwise.
6439  *
6440  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
6441  *          finished or FALSE otherwise.
6442  *
6443  */
6444 boolean_t
6445 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6446     boolean_t can_fault)
6447 {
6448         vm_paddr_t paddr;
6449         boolean_t needs_mapping;
6450         int error, i;
6451
6452         /*
6453          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
6454          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
6455          */
6456         needs_mapping = FALSE;
6457         for (i = 0; i < count; i++) {
6458                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6459                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
6460                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
6461                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
6462                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
6463                         needs_mapping = TRUE;
6464                 } else {
6465                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
6466                 }
6467         }
6468
6469         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
6470         if (!needs_mapping)
6471                 return (FALSE);
6472
6473         if (!can_fault)
6474                 sched_pin();
6475         for (i = 0; i < count; i++) {
6476                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6477                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6478                         panic(
6479                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
6480                 }
6481         }
6482
6483         return (needs_mapping);
6484 }
6485
6486 void
6487 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
6488     boolean_t can_fault)
6489 {
6490         vm_paddr_t paddr;
6491         int i;
6492
6493         if (!can_fault)
6494                 sched_unpin();
6495         for (i = 0; i < count; i++) {
6496                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
6497                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
6498                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
6499                 }
6500         }
6501 }
6502
6503 boolean_t
6504 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
6505 {
6506
6507         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
6508 }
6509
6510 /*
6511  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
6512  * in various mapping attributes.
6513  */
6514 struct pmap_kernel_map_range {
6515         vm_offset_t sva;
6516         pt_entry_t attrs;
6517         int l3pages;
6518         int l3contig;
6519         int l2blocks;
6520         int l1blocks;
6521 };
6522
6523 static void
6524 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6525     vm_offset_t eva)
6526 {
6527         const char *mode;
6528         int index;
6529
6530         if (eva <= range->sva)
6531                 return;
6532
6533         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
6534         switch (index) {
6535         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
6536                 mode = "DEV";
6537                 break;
6538         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
6539                 mode = "UC";
6540                 break;
6541         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
6542                 mode = "WB";
6543                 break;
6544         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
6545                 mode = "WT";
6546                 break;
6547         default:
6548                 printf(
6549                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
6550                     __func__, index, range->sva, eva);
6551                 mode = "??";
6552                 break;
6553         }
6554
6555         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
6556             range->sva, eva,
6557             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
6558             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
6559             (range->attrs & ATTR_S1_AP_USER) != 0 ? 'u' : 's',
6560             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
6561             range->l3pages);
6562
6563         /* Reset to sentinel value. */
6564         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
6565 }
6566
6567 /*
6568  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6569  * being tracked by the current range.
6570  */
6571 static bool
6572 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6573 {
6574
6575         return (range->attrs == attrs);
6576 }
6577
6578 static void
6579 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6580     pt_entry_t attrs)
6581 {
6582
6583         memset(range, 0, sizeof(*range));
6584         range->sva = va;
6585         range->attrs = attrs;
6586 }
6587
6588 /*
6589  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6590  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6591  * begin a new run.
6592  */
6593 static void
6594 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6595     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
6596     pt_entry_t l3e)
6597 {
6598         pt_entry_t attrs;
6599
6600         attrs = l0e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6601         attrs |= l1e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6602         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
6603                 attrs |= l1e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6604         attrs |= l2e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN);
6605         if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
6606                 attrs |= l2e & ATTR_S1_IDX_MASK;
6607         attrs |= l3e & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK);
6608
6609         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6610                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6611                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6612         }
6613 }
6614
6615 static int
6616 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6617 {
6618         struct pmap_kernel_map_range range;
6619         struct sbuf sbuf, *sb;
6620         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
6621         pt_entry_t *l3, l3e;
6622         vm_offset_t sva;
6623         vm_paddr_t pa;
6624         int error, i, j, k, l;
6625
6626         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6627         if (error != 0)
6628                 return (error);
6629         sb = &sbuf;
6630         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6631
6632         /* Sentinel value. */
6633         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
6634
6635         /*
6636          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
6637          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
6638          * observe inconsistencies in the output.
6639          */
6640         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
6641             i++) {
6642                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
6643                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
6644                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
6645                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
6646
6647                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
6648                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6649                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6650                         sva += L0_SIZE;
6651                         continue;
6652                 }
6653                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
6654                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6655
6656                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
6657                         l1e = l1[j];
6658                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6659                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6660                                 sva += L1_SIZE;
6661                                 continue;
6662                         }
6663                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6664                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
6665                                     0, 0);
6666                                 range.l1blocks++;
6667                                 sva += L1_SIZE;
6668                                 continue;
6669                         }
6670                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
6671                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6672
6673                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
6674                                 l2e = l2[k];
6675                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6676                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6677                                         sva += L2_SIZE;
6678                                         continue;
6679                                 }
6680                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6681                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6682                                             l0e, l1e, l2e, 0);
6683                                         range.l2blocks++;
6684                                         sva += L2_SIZE;
6685                                         continue;
6686                                 }
6687                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
6688                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6689
6690                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
6691                                     l++, sva += L3_SIZE) {
6692                                         l3e = l3[l];
6693                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
6694                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
6695                                                     sva);
6696                                                 continue;
6697                                         }
6698                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
6699                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
6700                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
6701                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
6702                                                     1 : 0;
6703                                         else
6704                                                 range.l3pages++;
6705                                 }
6706                         }
6707                 }
6708         }
6709
6710         error = sbuf_finish(sb);
6711         sbuf_delete(sb);
6712         return (error);
6713 }
6714 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
6715     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
6716     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
6717     "Dump kernel address layout");