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