]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/riscv/riscv/pmap.c
ZFS: MFV 2.0-rc1-gfd20a8
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / riscv / riscv / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
15  * All rights reserved.
16  * Copyright (c) 2014 The FreeBSD Foundation
17  * All rights reserved.
18  * Copyright (c) 2015-2018 Ruslan Bukin <br@bsdpad.com>
19  * All rights reserved.
20  *
21  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
22  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
23  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
24  *
25  * Portions of this software were developed by Andrew Turner under
26  * sponsorship from The FreeBSD Foundation.
27  *
28  * Portions of this software were developed by SRI International and the
29  * University of Cambridge Computer Laboratory under DARPA/AFRL contract
30  * FA8750-10-C-0237 ("CTSRD"), as part of the DARPA CRASH research programme.
31  *
32  * Portions of this software were developed by the University of Cambridge
33  * Computer Laboratory as part of the CTSRD Project, with support from the
34  * UK Higher Education Innovation Fund (HEIF).
35  *
36  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
37  * modification, are permitted provided that the following conditions
38  * are met:
39  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
40  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
41  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
42  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
43  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
44  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
45  *    must display the following acknowledgement:
46  *      This product includes software developed by the University of
47  *      California, Berkeley and its contributors.
48  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
49  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
50  *    without specific prior written permission.
51  *
52  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
53  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
54  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
55  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
56  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
57  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
58  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
59  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
60  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
61  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
62  * SUCH DAMAGE.
63  *
64  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
65  */
66 /*-
67  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
68  * All rights reserved.
69  *
70  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
71  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
72  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
73  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
74  * CHATS research program.
75  *
76  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
77  * modification, are permitted provided that the following conditions
78  * are met:
79  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
80  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
81  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
82  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
83  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
84  *
85  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
86  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
87  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
88  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
89  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
90  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
91  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
92  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
93  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
94  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
95  * SUCH DAMAGE.
96  */
97
98 #include <sys/cdefs.h>
99 __FBSDID("$FreeBSD$");
100
101 /*
102  *      Manages physical address maps.
103  *
104  *      Since the information managed by this module is
105  *      also stored by the logical address mapping module,
106  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
107  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
108  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
109  *      requested.
110  *
111  *      In order to cope with hardware architectures which
112  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
113  *      this module may delay invalidate or reduced protection
114  *      operations until such time as they are actually
115  *      necessary.  This module is given full information as
116  *      to which processors are currently using which maps,
117  *      and to when physical maps must be made correct.
118  */
119
120 #include <sys/param.h>
121 #include <sys/systm.h>
122 #include <sys/bitstring.h>
123 #include <sys/bus.h>
124 #include <sys/cpuset.h>
125 #include <sys/kernel.h>
126 #include <sys/ktr.h>
127 #include <sys/lock.h>
128 #include <sys/malloc.h>
129 #include <sys/mman.h>
130 #include <sys/msgbuf.h>
131 #include <sys/mutex.h>
132 #include <sys/physmem.h>
133 #include <sys/proc.h>
134 #include <sys/rwlock.h>
135 #include <sys/sbuf.h>
136 #include <sys/sx.h>
137 #include <sys/vmem.h>
138 #include <sys/vmmeter.h>
139 #include <sys/sched.h>
140 #include <sys/sysctl.h>
141 #include <sys/smp.h>
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/uma.h>
156
157 #include <machine/machdep.h>
158 #include <machine/md_var.h>
159 #include <machine/pcb.h>
160 #include <machine/sbi.h>
161
162 #define NUL1E           (Ln_ENTRIES * Ln_ENTRIES)
163 #define NUL2E           (Ln_ENTRIES * NUL1E)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
185
186 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
187                         (&pv_list_locks[pmap_l2_pindex(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
188
189 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
190         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
191         struct rwlock *_new_lock;                       \
192                                                         \
193         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
194         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
195                 if (*_lockp != NULL)                    \
196                         rw_wunlock(*_lockp);            \
197                 *_lockp = _new_lock;                    \
198                 rw_wlock(*_lockp);                      \
199         }                                               \
200 } while (0)
201
202 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
203                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
204
205 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
206         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
207                                                         \
208         if (*_lockp != NULL) {                          \
209                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
210                 *_lockp = NULL;                         \
211         }                                               \
212 } while (0)
213
214 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
215                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
216
217 /* The list of all the user pmaps */
218 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
219 static struct pmaplist allpmaps = LIST_HEAD_INITIALIZER();
220
221 struct pmap kernel_pmap_store;
222
223 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
224 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
225 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
226
227 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
228 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
229 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
230
231 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
232 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
233 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
234
235 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
236 static struct mtx_padalign allpmaps_lock;
237
238 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
239     "VM/pmap parameters");
240
241 static int superpages_enabled = 1;
242 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
243     CTLFLAG_RDTUN, &superpages_enabled, 0,
244     "Enable support for transparent superpages");
245
246 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
247     "2MB page mapping counters");
248
249 static u_long pmap_l2_demotions;
250 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
251     &pmap_l2_demotions, 0,
252     "2MB page demotions");
253
254 static u_long pmap_l2_mappings;
255 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
256     &pmap_l2_mappings, 0,
257     "2MB page mappings");
258
259 static u_long pmap_l2_p_failures;
260 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
261     &pmap_l2_p_failures, 0,
262     "2MB page promotion failures");
263
264 static u_long pmap_l2_promotions;
265 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
266     &pmap_l2_promotions, 0,
267     "2MB page promotions");
268
269 /*
270  * Data for the pv entry allocation mechanism
271  */
272 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
273 static struct mtx pv_chunks_mutex;
274 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
275 static struct md_page *pv_table;
276 static struct md_page pv_dummy;
277
278 extern cpuset_t all_harts;
279
280 /*
281  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
282  */
283 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
284 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
285
286 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
287 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
288 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
289 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
290 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
291 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
292                     vm_offset_t va);
293 static bool     pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va);
294 static bool     pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2,
295                     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
296 static int      pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
297                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
298 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
299     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
300 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
301     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
302 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
303     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
304
305 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
306                 struct rwlock **lockp);
307
308 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
309     struct spglist *free);
310 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
311
312 #define pmap_clear(pte)                 pmap_store(pte, 0)
313 #define pmap_clear_bits(pte, bits)      atomic_clear_64(pte, bits)
314 #define pmap_load_store(pte, entry)     atomic_swap_64(pte, entry)
315 #define pmap_load_clear(pte)            pmap_load_store(pte, 0)
316 #define pmap_load(pte)                  atomic_load_64(pte)
317 #define pmap_store(pte, entry)          atomic_store_64(pte, entry)
318 #define pmap_store_bits(pte, bits)      atomic_set_64(pte, bits)
319
320 /********************/
321 /* Inline functions */
322 /********************/
323
324 static __inline void
325 pagecopy(void *s, void *d)
326 {
327
328         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
329 }
330
331 static __inline void
332 pagezero(void *p)
333 {
334
335         bzero(p, PAGE_SIZE);
336 }
337
338 #define pmap_l1_index(va)       (((va) >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
339 #define pmap_l2_index(va)       (((va) >> L2_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
340 #define pmap_l3_index(va)       (((va) >> L3_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
341
342 #define PTE_TO_PHYS(pte) \
343     ((((pte) & ~PTE_HI_MASK) >> PTE_PPN0_S) * PAGE_SIZE)
344
345 static __inline pd_entry_t *
346 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
347 {
348
349         return (&pmap->pm_l1[pmap_l1_index(va)]);
350 }
351
352 static __inline pd_entry_t *
353 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
354 {
355         vm_paddr_t phys;
356         pd_entry_t *l2;
357
358         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
359         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
360
361         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
362 }
363
364 static __inline pd_entry_t *
365 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
366 {
367         pd_entry_t *l1;
368
369         l1 = pmap_l1(pmap, va);
370         if ((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0)
371                 return (NULL);
372         if ((pmap_load(l1) & PTE_RX) != 0)
373                 return (NULL);
374
375         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
376 }
377
378 static __inline pt_entry_t *
379 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
380 {
381         vm_paddr_t phys;
382         pt_entry_t *l3;
383
384         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
385         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
386
387         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
388 }
389
390 static __inline pt_entry_t *
391 pmap_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
392 {
393         pd_entry_t *l2;
394
395         l2 = pmap_l2(pmap, va);
396         if (l2 == NULL)
397                 return (NULL);
398         if ((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0)
399                 return (NULL);
400         if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0)
401                 return (NULL);
402
403         return (pmap_l2_to_l3(l2, va));
404 }
405
406 static __inline void
407 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
408 {
409
410         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
411         pmap->pm_stats.resident_count += count;
412 }
413
414 static __inline void
415 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
416 {
417
418         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
419         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
420             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
421             pmap->pm_stats.resident_count, count));
422         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
423 }
424
425 static void
426 pmap_distribute_l1(struct pmap *pmap, vm_pindex_t l1index,
427     pt_entry_t entry)
428 {
429         struct pmap *user_pmap;
430         pd_entry_t *l1;
431
432         /* Distribute new kernel L1 entry to all the user pmaps */
433         if (pmap != kernel_pmap)
434                 return;
435
436         mtx_lock(&allpmaps_lock);
437         LIST_FOREACH(user_pmap, &allpmaps, pm_list) {
438                 l1 = &user_pmap->pm_l1[l1index];
439                 pmap_store(l1, entry);
440         }
441         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
442 }
443
444 static pt_entry_t *
445 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
446     u_int *l2_slot)
447 {
448         pt_entry_t *l2;
449         pd_entry_t *l1;
450
451         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
452         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
453
454         /* Check locore has used a table L1 map */
455         KASSERT((l1[*l1_slot] & PTE_RX) == 0,
456                 ("Invalid bootstrap L1 table"));
457
458         /* Find the address of the L2 table */
459         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
460         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
461
462         return (l2);
463 }
464
465 static vm_paddr_t
466 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
467 {
468         u_int l1_slot, l2_slot;
469         pt_entry_t *l2;
470         vm_paddr_t ret;
471
472         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
473
474         /* Check locore has used L2 superpages */
475         KASSERT((l2[l2_slot] & PTE_RX) != 0,
476                 ("Invalid bootstrap L2 table"));
477
478         /* L2 is superpages */
479         ret = (l2[l2_slot] >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
480         ret += (va & L2_OFFSET);
481
482         return (ret);
483 }
484
485 static void
486 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
487 {
488         vm_offset_t va;
489         vm_paddr_t pa;
490         pd_entry_t *l1;
491         u_int l1_slot;
492         pt_entry_t entry;
493         pn_t pn;
494
495         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
496         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
497         l1 = (pd_entry_t *)kern_l1;
498         l1_slot = pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS);
499
500         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
501             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
502                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
503
504                 /* superpages */
505                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
506                 entry = PTE_KERN;
507                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
508                 pmap_store(&l1[l1_slot], entry);
509         }
510
511         /* Set the upper limit of the DMAP region */
512         dmap_phys_max = pa;
513         dmap_max_addr = va;
514
515         sfence_vma();
516 }
517
518 static vm_offset_t
519 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
520 {
521         vm_offset_t l3pt;
522         pt_entry_t entry;
523         pd_entry_t *l2;
524         vm_paddr_t pa;
525         u_int l2_slot;
526         pn_t pn;
527
528         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
529
530         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
531         l2 = (pd_entry_t *)((uintptr_t)l2 & ~(PAGE_SIZE - 1));
532         l2_slot = pmap_l2_index(va);
533         l3pt = l3_start;
534
535         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
536                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
537
538                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
539                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
540                 entry = (PTE_V);
541                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
542                 pmap_store(&l2[l2_slot], entry);
543                 l3pt += PAGE_SIZE;
544         }
545
546         /* Clean the L2 page table */
547         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
548
549         return (l3pt);
550 }
551
552 /*
553  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
554  */
555 void
556 pmap_bootstrap(vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
557 {
558         u_int l1_slot, l2_slot;
559         vm_offset_t freemempos;
560         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
561         vm_paddr_t max_pa, min_pa, pa;
562         pt_entry_t *l2p;
563         int i;
564
565         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
566
567         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
568         kernel_pmap_store.pm_l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
569         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
570
571         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
572
573         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
574
575         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address. */
576         min_pa = max_pa = kernstart;
577
578         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
579         physmap_idx /= 2;
580
581         /*
582          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
583          * but may contain empty ranges.
584          */
585         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
586                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
587                         continue;
588                 if (physmap[i] <= min_pa)
589                         min_pa = physmap[i];
590                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
591                         max_pa = physmap[i + 1];
592         }
593         printf("physmap_idx %lx\n", physmap_idx);
594         printf("min_pa %lx\n", min_pa);
595         printf("max_pa %lx\n", max_pa);
596
597         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
598         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
599
600         /*
601          * Read the page table to find out what is already mapped.
602          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
603          * using a single L1 entry.
604          */
605         (void)pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
606
607         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
608         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
609
610         freemempos = roundup2(KERNBASE + kernlen, PAGE_SIZE);
611
612         /* Create the l3 tables for the early devmap */
613         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
614             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
615
616         /*
617          * Invalidate the mapping we created for the DTB. At this point a copy
618          * has been created, and we no longer need it. We want to avoid the
619          * possibility of an aliased mapping in the future.
620          */
621         l2p = pmap_l2(kernel_pmap, VM_EARLY_DTB_ADDRESS);
622         if ((pmap_load(l2p) & PTE_V) != 0)
623                 pmap_clear(l2p);
624
625         sfence_vma();
626
627 #define alloc_pages(var, np)                                            \
628         (var) = freemempos;                                             \
629         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
630         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
631
632         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
633         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
634         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
635
636         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
637         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
638         msgbufp = (void *)msgbufpv;
639
640         virtual_avail = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
641         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
642         kernel_vm_end = virtual_avail;
643
644         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
645
646         physmem_exclude_region(kernstart, pa - kernstart, EXFLAG_NOALLOC);
647 }
648
649 /*
650  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
651  */
652 void
653 pmap_page_init(vm_page_t m)
654 {
655
656         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
657         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
658 }
659
660 /*
661  *      Initialize the pmap module.
662  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
663  *      system needs to map virtual memory.
664  */
665 void
666 pmap_init(void)
667 {
668         vm_size_t s;
669         int i, pv_npg;
670
671         /*
672          * Initialize the pv chunk and pmap list mutexes.
673          */
674         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
675         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_DEF);
676
677         /*
678          * Initialize the pool of pv list locks.
679          */
680         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
681                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
682
683         /*
684          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
685          */
686         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
687
688         /*
689          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
690          */
691         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
692         s = round_page(s);
693         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
694         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
695                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
696         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
697
698         if (superpages_enabled)
699                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
700 }
701
702 #ifdef SMP
703 /*
704  * For SMP, these functions have to use IPIs for coherence.
705  *
706  * In general, the calling thread uses a plain fence to order the
707  * writes to the page tables before invoking an SBI callback to invoke
708  * sfence_vma() on remote CPUs.
709  */
710 static void
711 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
712 {
713         cpuset_t mask;
714
715         sched_pin();
716         mask = pmap->pm_active;
717         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
718         fence();
719         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
720                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, va, 1);
721         sfence_vma_page(va);
722         sched_unpin();
723 }
724
725 static void
726 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
727 {
728         cpuset_t mask;
729
730         sched_pin();
731         mask = pmap->pm_active;
732         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
733         fence();
734         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
735                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, sva, eva - sva + 1);
736
737         /*
738          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
739          * number of pages in the future.
740          */
741         sfence_vma();
742         sched_unpin();
743 }
744
745 static void
746 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
747 {
748         cpuset_t mask;
749
750         sched_pin();
751         mask = pmap->pm_active;
752         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
753
754         /*
755          * XXX: The SBI doc doesn't detail how to specify x0 as the
756          * address to perform a global fence.  BBL currently treats
757          * all sfence_vma requests as global however.
758          */
759         fence();
760         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
761                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, 0, 0);
762         sfence_vma();
763         sched_unpin();
764 }
765 #else
766 /*
767  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
768  * We inline these within pmap.c for speed.
769  */
770 static __inline void
771 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
772 {
773
774         sfence_vma_page(va);
775 }
776
777 static __inline void
778 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
779 {
780
781         /*
782          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
783          * number of pages in the future.
784          */
785         sfence_vma();
786 }
787
788 static __inline void
789 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
790 {
791
792         sfence_vma();
793 }
794 #endif
795
796 /*
797  *      Routine:        pmap_extract
798  *      Function:
799  *              Extract the physical page address associated
800  *              with the given map/virtual_address pair.
801  */
802 vm_paddr_t 
803 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
804 {
805         pd_entry_t *l2p, l2;
806         pt_entry_t *l3p, l3;
807         vm_paddr_t pa;
808
809         pa = 0;
810         PMAP_LOCK(pmap);
811         /*
812          * Start with the l2 tabel. We are unable to allocate
813          * pages in the l1 table.
814          */
815         l2p = pmap_l2(pmap, va);
816         if (l2p != NULL) {
817                 l2 = pmap_load(l2p);
818                 if ((l2 & PTE_RX) == 0) {
819                         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
820                         if (l3p != NULL) {
821                                 l3 = pmap_load(l3p);
822                                 pa = PTE_TO_PHYS(l3);
823                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
824                         }
825                 } else {
826                         /* L2 is superpages */
827                         pa = (l2 >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
828                         pa |= (va & L2_OFFSET);
829                 }
830         }
831         PMAP_UNLOCK(pmap);
832         return (pa);
833 }
834
835 /*
836  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
837  *      Function:
838  *              Atomically extract and hold the physical page
839  *              with the given pmap and virtual address pair
840  *              if that mapping permits the given protection.
841  */
842 vm_page_t
843 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
844 {
845         pt_entry_t *l3p, l3;
846         vm_paddr_t phys;
847         vm_page_t m;
848
849         m = NULL;
850         PMAP_LOCK(pmap);
851         l3p = pmap_l3(pmap, va);
852         if (l3p != NULL && (l3 = pmap_load(l3p)) != 0) {
853                 if ((l3 & PTE_W) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
854                         phys = PTE_TO_PHYS(l3);
855                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
856                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
857                                 m = NULL;
858                 }
859         }
860         PMAP_UNLOCK(pmap);
861         return (m);
862 }
863
864 vm_paddr_t
865 pmap_kextract(vm_offset_t va)
866 {
867         pd_entry_t *l2;
868         pt_entry_t *l3;
869         vm_paddr_t pa;
870
871         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
872                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
873         } else {
874                 l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
875                 if (l2 == NULL)
876                         panic("pmap_kextract: No l2");
877                 if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0) {
878                         /* superpages */
879                         pa = (pmap_load(l2) >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
880                         pa |= (va & L2_OFFSET);
881                         return (pa);
882                 }
883
884                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
885                 if (l3 == NULL)
886                         panic("pmap_kextract: No l3...");
887                 pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3));
888                 pa |= (va & PAGE_MASK);
889         }
890         return (pa);
891 }
892
893 /***************************************************
894  * Low level mapping routines.....
895  ***************************************************/
896
897 void
898 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
899 {
900         pt_entry_t entry;
901         pt_entry_t *l3;
902         vm_offset_t va;
903         pn_t pn;
904
905         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
906            ("pmap_kenter_device: Invalid physical address"));
907         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
908            ("pmap_kenter_device: Invalid virtual address"));
909         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
910             ("pmap_kenter_device: Mapping is not page-sized"));
911
912         va = sva;
913         while (size != 0) {
914                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
915                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
916
917                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
918                 entry = PTE_KERN;
919                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
920                 pmap_store(l3, entry);
921
922                 va += PAGE_SIZE;
923                 pa += PAGE_SIZE;
924                 size -= PAGE_SIZE;
925         }
926         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
927 }
928
929 /*
930  * Remove a page from the kernel pagetables.
931  * Note: not SMP coherent.
932  */
933 PMAP_INLINE void
934 pmap_kremove(vm_offset_t va)
935 {
936         pt_entry_t *l3;
937
938         l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
939         KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
940
941         pmap_clear(l3);
942         sfence_vma();
943 }
944
945 void
946 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
947 {
948         pt_entry_t *l3;
949         vm_offset_t va;
950
951         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
952            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
953         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
954             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
955
956         va = sva;
957         while (size != 0) {
958                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
959                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
960                 pmap_clear(l3);
961
962                 va += PAGE_SIZE;
963                 size -= PAGE_SIZE;
964         }
965
966         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
967 }
968
969 /*
970  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
971  *      virtual address space.
972  *
973  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
974  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
975  *      physical to virtual region can return the appropriate address
976  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
977  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
978  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
979  *      region.
980  */
981 vm_offset_t
982 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
983 {
984
985         return PHYS_TO_DMAP(start);
986 }
987
988 /*
989  * Add a list of wired pages to the kva
990  * this routine is only used for temporary
991  * kernel mappings that do not need to have
992  * page modification or references recorded.
993  * Note that old mappings are simply written
994  * over.  The page *must* be wired.
995  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
996  */
997 void
998 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
999 {
1000         pt_entry_t *l3, pa;
1001         vm_offset_t va;
1002         vm_page_t m;
1003         pt_entry_t entry;
1004         pn_t pn;
1005         int i;
1006
1007         va = sva;
1008         for (i = 0; i < count; i++) {
1009                 m = ma[i];
1010                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1011                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
1012                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1013
1014                 entry = PTE_KERN;
1015                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1016                 pmap_store(l3, entry);
1017
1018                 va += L3_SIZE;
1019         }
1020         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1021 }
1022
1023 /*
1024  * This routine tears out page mappings from the
1025  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1026  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1027  */
1028 void
1029 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1030 {
1031         pt_entry_t *l3;
1032         vm_offset_t va;
1033
1034         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1035
1036         for (va = sva; count-- > 0; va += PAGE_SIZE) {
1037                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1038                 KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1039                 pmap_clear(l3);
1040         }
1041         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1042 }
1043
1044 bool
1045 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
1046 {
1047
1048         return (superpages_enabled);
1049 }
1050
1051 /***************************************************
1052  * Page table page management routines.....
1053  ***************************************************/
1054 /*
1055  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1056  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1057  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1058  */
1059 static __inline void
1060 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1061     boolean_t set_PG_ZERO)
1062 {
1063
1064         if (set_PG_ZERO)
1065                 m->flags |= PG_ZERO;
1066         else
1067                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1068         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1069 }
1070
1071 /*
1072  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1073  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1074  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1075  * ordered by this virtual address range.
1076  *
1077  * If "promoted" is false, then the page table page "ml3" must be zero filled.
1078  */
1079 static __inline int
1080 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t ml3, bool promoted)
1081 {
1082
1083         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1084         ml3->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1085         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, ml3));
1086 }
1087
1088 /*
1089  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1090  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1091  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1092  * specified virtual address.
1093  */
1094 static __inline vm_page_t
1095 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1096 {
1097
1098         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1099         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
1100 }
1101
1102 /*
1103  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1104  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1105  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1106  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1107  */
1108 static inline boolean_t
1109 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1110 {
1111
1112         --m->ref_count;
1113         if (m->ref_count == 0) {
1114                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1115                 return (TRUE);
1116         } else {
1117                 return (FALSE);
1118         }
1119 }
1120
1121 static void
1122 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1123 {
1124         vm_paddr_t phys;
1125
1126         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1127         if (m->pindex >= NUL1E) {
1128                 pd_entry_t *l1;
1129                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1130                 pmap_clear(l1);
1131                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), 0);
1132         } else {
1133                 pd_entry_t *l2;
1134                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1135                 pmap_clear(l2);
1136         }
1137         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1138         if (m->pindex < NUL1E) {
1139                 pd_entry_t *l1;
1140                 vm_page_t pdpg;
1141
1142                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1143                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1144                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1145                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1146         }
1147         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1148
1149         vm_wire_sub(1);
1150
1151         /* 
1152          * Put page on a list so that it is released after
1153          * *ALL* TLB shootdown is done
1154          */
1155         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1156 }
1157
1158 /*
1159  * After removing a page table entry, this routine is used to
1160  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1161  */
1162 static int
1163 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1164     struct spglist *free)
1165 {
1166         vm_page_t mpte;
1167
1168         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1169                 return (0);
1170         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1171         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(ptepde));
1172         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1173 }
1174
1175 void
1176 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1177 {
1178
1179         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1180         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1181         pmap->pm_l1 = kernel_pmap->pm_l1;
1182         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (vtophys(pmap->pm_l1) >> PAGE_SHIFT);
1183         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1184         pmap_activate_boot(pmap);
1185 }
1186
1187 int
1188 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1189 {
1190         vm_paddr_t l1phys;
1191         vm_page_t l1pt;
1192
1193         /*
1194          * allocate the l1 page
1195          */
1196         while ((l1pt = vm_page_alloc(NULL, 0xdeadbeef, VM_ALLOC_NORMAL |
1197             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1198                 vm_wait(NULL);
1199
1200         l1phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l1pt);
1201         pmap->pm_l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1phys);
1202         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (l1phys >> PAGE_SHIFT);
1203
1204         if ((l1pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1205                 pagezero(pmap->pm_l1);
1206
1207         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1208
1209         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1210
1211         /* Install kernel pagetables */
1212         memcpy(pmap->pm_l1, kernel_pmap->pm_l1, PAGE_SIZE);
1213
1214         /* Add to the list of all user pmaps */
1215         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1216         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1217         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1218
1219         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1220
1221         return (1);
1222 }
1223
1224 /*
1225  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1226  *
1227  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1228  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1229  *
1230  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1231  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1232  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1233  * race conditions.
1234  */
1235 static vm_page_t
1236 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1237 {
1238         vm_page_t m, /*pdppg, */pdpg;
1239         pt_entry_t entry;
1240         vm_paddr_t phys;
1241         pn_t pn;
1242
1243         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1244
1245         /*
1246          * Allocate a page table page.
1247          */
1248         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1249             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1250                 if (lockp != NULL) {
1251                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1252                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1253                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1254                         vm_wait(NULL);
1255                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1256                         PMAP_LOCK(pmap);
1257                 }
1258
1259                 /*
1260                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1261                  * page may have been allocated.
1262                  */
1263                 return (NULL);
1264         }
1265
1266         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1267                 pmap_zero_page(m);
1268
1269         /*
1270          * Map the pagetable page into the process address space, if
1271          * it isn't already there.
1272          */
1273
1274         if (ptepindex >= NUL1E) {
1275                 pd_entry_t *l1;
1276                 vm_pindex_t l1index;
1277
1278                 l1index = ptepindex - NUL1E;
1279                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1280
1281                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1282                 entry = (PTE_V);
1283                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1284                 pmap_store(l1, entry);
1285                 pmap_distribute_l1(pmap, l1index, entry);
1286         } else {
1287                 vm_pindex_t l1index;
1288                 pd_entry_t *l1, *l2;
1289
1290                 l1index = ptepindex >> (L1_SHIFT - L2_SHIFT);
1291                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1292                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1293                         /* recurse for allocating page dir */
1294                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL1E + l1index,
1295                             lockp) == NULL) {
1296                                 vm_page_unwire_noq(m);
1297                                 vm_page_free_zero(m);
1298                                 return (NULL);
1299                         }
1300                 } else {
1301                         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1302                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1303                         pdpg->ref_count++;
1304                 }
1305
1306                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1307                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
1308                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1309
1310                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1311                 entry = (PTE_V);
1312                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1313                 pmap_store(l2, entry);
1314         }
1315
1316         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1317
1318         return (m);
1319 }
1320
1321 static vm_page_t
1322 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1323 {
1324         pd_entry_t *l1;
1325         vm_page_t l2pg;
1326         vm_pindex_t l2pindex;
1327
1328 retry:
1329         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1330         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & PTE_RWX) == 0) {
1331                 /* Add a reference to the L2 page. */
1332                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1)));
1333                 l2pg->ref_count++;
1334         } else {
1335                 /* Allocate a L2 page. */
1336                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1337                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1338                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1339                         goto retry;
1340         }
1341         return (l2pg);
1342 }
1343
1344 static vm_page_t
1345 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1346 {
1347         vm_pindex_t ptepindex;
1348         pd_entry_t *l2;
1349         vm_paddr_t phys;
1350         vm_page_t m;
1351
1352         /*
1353          * Calculate pagetable page index
1354          */
1355         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1356 retry:
1357         /*
1358          * Get the page directory entry
1359          */
1360         l2 = pmap_l2(pmap, va);
1361
1362         /*
1363          * If the page table page is mapped, we just increment the
1364          * hold count, and activate it.
1365          */
1366         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
1367                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
1368                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1369                 m->ref_count++;
1370         } else {
1371                 /*
1372                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1373                  * deallocated.
1374                  */
1375                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1376                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1377                         goto retry;
1378         }
1379         return (m);
1380 }
1381
1382 /***************************************************
1383  * Pmap allocation/deallocation routines.
1384  ***************************************************/
1385
1386 /*
1387  * Release any resources held by the given physical map.
1388  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1389  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1390  */
1391 void
1392 pmap_release(pmap_t pmap)
1393 {
1394         vm_page_t m;
1395
1396         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1397             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1398             pmap->pm_stats.resident_count));
1399         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
1400             ("releasing active pmap %p", pmap));
1401
1402         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1403         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1404         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1405
1406         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l1));
1407         vm_page_unwire_noq(m);
1408         vm_page_free(m);
1409 }
1410
1411 static int
1412 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1413 {
1414         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1415
1416         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1417 }
1418 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1419     0, 0, kvm_size, "LU",
1420     "Size of KVM");
1421
1422 static int
1423 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1424 {
1425         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1426
1427         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1428 }
1429 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1430     0, 0, kvm_free, "LU",
1431     "Amount of KVM free");
1432
1433 /*
1434  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1435  */
1436 void
1437 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1438 {
1439         vm_paddr_t paddr;
1440         vm_page_t nkpg;
1441         pd_entry_t *l1, *l2;
1442         pt_entry_t entry;
1443         pn_t pn;
1444
1445         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1446
1447         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1448         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1449                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1450         while (kernel_vm_end < addr) {
1451                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1452                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1453                         /* We need a new PDP entry */
1454                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1455                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1456                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1457                         if (nkpg == NULL)
1458                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1459                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1460                                 pmap_zero_page(nkpg);
1461                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1462
1463                         pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1464                         entry = (PTE_V);
1465                         entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1466                         pmap_store(l1, entry);
1467                         pmap_distribute_l1(kernel_pmap,
1468                             pmap_l1_index(kernel_vm_end), entry);
1469                         continue; /* try again */
1470                 }
1471                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1472                 if ((pmap_load(l2) & PTE_V) != 0 &&
1473                     (pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0) {
1474                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1475                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1476                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1477                                 break;
1478                         }
1479                         continue;
1480                 }
1481
1482                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1483                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1484                     VM_ALLOC_ZERO);
1485                 if (nkpg == NULL)
1486                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1487                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0) {
1488                         pmap_zero_page(nkpg);
1489                 }
1490                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1491
1492                 pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1493                 entry = (PTE_V);
1494                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1495                 pmap_store(l2, entry);
1496
1497                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1498
1499                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1500                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1501                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1502                         break;                       
1503                 }
1504         }
1505 }
1506
1507 /***************************************************
1508  * page management routines.
1509  ***************************************************/
1510
1511 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1512 CTASSERT(_NPCM == 3);
1513 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1514
1515 static __inline struct pv_chunk *
1516 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1517 {
1518
1519         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1520 }
1521
1522 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1523
1524 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1525 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1526 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1527
1528 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1529
1530 #if 0
1531 #ifdef PV_STATS
1532 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1533
1534 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1535         "Current number of pv entry chunks");
1536 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1537         "Current number of pv entry chunks allocated");
1538 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1539         "Current number of pv entry chunks frees");
1540 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1541         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1542
1543 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1544 static int pv_entry_spare;
1545
1546 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1547         "Current number of pv entry frees");
1548 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1549         "Current number of pv entry allocs");
1550 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1551         "Current number of pv entries");
1552 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1553         "Current number of spare pv entries");
1554 #endif
1555 #endif /* 0 */
1556
1557 /*
1558  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1559  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1560  * another pv entry chunk.
1561  *
1562  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1563  *
1564  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1565  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1566  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1567  */
1568 static vm_page_t
1569 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1570 {
1571
1572         panic("RISCVTODO: reclaim_pv_chunk");
1573 }
1574
1575 /*
1576  * free the pv_entry back to the free list
1577  */
1578 static void
1579 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1580 {
1581         struct pv_chunk *pc;
1582         int idx, field, bit;
1583
1584         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1585         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1586         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1587         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1588         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1589         pc = pv_to_chunk(pv);
1590         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1591         field = idx / 64;
1592         bit = idx % 64;
1593         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1594         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1595             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1596                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1597                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1598                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1599                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1600                 }
1601                 return;
1602         }
1603         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1604         free_pv_chunk(pc);
1605 }
1606
1607 static void
1608 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1609 {
1610         vm_page_t m;
1611
1612         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1613         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1614         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1615         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1616         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1617         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1618         /* entire chunk is free, return it */
1619         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1620         dump_drop_page(m->phys_addr);
1621         vm_page_unwire_noq(m);
1622         vm_page_free(m);
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1627  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1628  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1629  * returned.
1630  *
1631  * The given PV list lock may be released.
1632  */
1633 static pv_entry_t
1634 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1635 {
1636         int bit, field;
1637         pv_entry_t pv;
1638         struct pv_chunk *pc;
1639         vm_page_t m;
1640
1641         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1642         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1643         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1644 retry:
1645         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1646         if (pc != NULL) {
1647                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1648                         if (pc->pc_map[field]) {
1649                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1650                                 break;
1651                         }
1652                 }
1653                 if (field < _NPCM) {
1654                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1655                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1656                         /* If this was the last item, move it to tail */
1657                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1658                             pc->pc_map[2] == 0) {
1659                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1660                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1661                                     pc_list);
1662                         }
1663                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1664                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1665                         return (pv);
1666                 }
1667         }
1668         /* No free items, allocate another chunk */
1669         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1670             VM_ALLOC_WIRED);
1671         if (m == NULL) {
1672                 if (lockp == NULL) {
1673                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1674                         return (NULL);
1675                 }
1676                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1677                 if (m == NULL)
1678                         goto retry;
1679         }
1680         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
1681         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
1682         dump_add_page(m->phys_addr);
1683         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1684         pc->pc_pmap = pmap;
1685         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
1686         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1687         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1688         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1689         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1690         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1691         pv = &pc->pc_pventry[0];
1692         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1693         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1694         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
1695         return (pv);
1696 }
1697
1698 /*
1699  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
1700  * exceeds the given count, "needed".
1701  *
1702  * The given PV list lock may be released.
1703  */
1704 static void
1705 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
1706 {
1707         struct pch new_tail;
1708         struct pv_chunk *pc;
1709         vm_page_t m;
1710         int avail, free;
1711         bool reclaimed;
1712
1713         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1714         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1715         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
1716
1717         /*
1718          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
1719          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
1720          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
1721          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
1722          */
1723         TAILQ_INIT(&new_tail);
1724 retry:
1725         avail = 0;
1726         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
1727                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
1728                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
1729                 if (free == 0)
1730                         break;
1731                 avail += free;
1732                 if (avail >= needed)
1733                         break;
1734         }
1735         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
1736                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1737                     VM_ALLOC_WIRED);
1738                 if (m == NULL) {
1739                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1740                         if (m == NULL)
1741                                 goto retry;
1742                         reclaimed = true;
1743                 }
1744                 /* XXX PV STATS */
1745 #if 0
1746                 dump_add_page(m->phys_addr);
1747 #endif
1748                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1749                 pc->pc_pmap = pmap;
1750                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
1751                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1752                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1753                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1754                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1755
1756                 /*
1757                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
1758                  * If that chunk contained available entries, we need to
1759                  * re-count the number of available entries.
1760                  */
1761                 if (reclaimed)
1762                         goto retry;
1763         }
1764         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
1765                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1766                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1767                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1768         }
1769 }
1770
1771 /*
1772  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
1773  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
1774  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
1775  * 2MB page mappings.
1776  */
1777 static __inline pv_entry_t
1778 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1779 {
1780         pv_entry_t pv;
1781
1782         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1783         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
1784                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
1785                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1786                         pvh->pv_gen++;
1787                         break;
1788                 }
1789         }
1790         return (pv);
1791 }
1792
1793 /*
1794  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
1795  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
1796  * page mappings.
1797  */
1798 static void
1799 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1800 {
1801         pv_entry_t pv;
1802
1803         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1804
1805         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found for %#lx", va));
1806         free_pv_entry(pmap, pv);
1807 }
1808
1809 /*
1810  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
1811  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
1812  */
1813 static boolean_t
1814 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1815     struct rwlock **lockp)
1816 {
1817         pv_entry_t pv;
1818
1819         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1820         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1821         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1822         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
1823                 pv->pv_va = va;
1824                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1825                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1826                 m->md.pv_gen++;
1827                 return (TRUE);
1828         } else
1829                 return (FALSE);
1830 }
1831
1832 /*
1833  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
1834  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
1835  * entries for each of the 4KB page mappings.
1836  */
1837 static void __unused
1838 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1839     struct rwlock **lockp)
1840 {
1841         struct md_page *pvh;
1842         struct pv_chunk *pc;
1843         pv_entry_t pv;
1844         vm_page_t m;
1845         vm_offset_t va_last;
1846         int bit, field;
1847
1848         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1849         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1850         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1851
1852         /*
1853          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
1854          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
1855          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
1856          */
1857         pvh = pa_to_pvh(pa);
1858         va &= ~L2_OFFSET;
1859         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1860         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
1861         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1862         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1863         m->md.pv_gen++;
1864         /* Instantiate the remaining 511 pv entries. */
1865         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1866         for (;;) {
1867                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1868                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
1869                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
1870                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1871                         while (pc->pc_map[field] != 0) {
1872                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1873                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1874                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1875                                 va += PAGE_SIZE;
1876                                 pv->pv_va = va;
1877                                 m++;
1878                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
1879                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
1880                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1881                                 m->md.pv_gen++;
1882                                 if (va == va_last)
1883                                         goto out;
1884                         }
1885                 }
1886                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1887                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1888         }
1889 out:
1890         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
1891                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1892                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1893         }
1894         /* XXX PV stats */
1895 }
1896
1897 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1898 static void
1899 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1900     struct rwlock **lockp)
1901 {
1902         struct md_page *pvh;
1903         pv_entry_t pv;
1904         vm_page_t m;
1905         vm_offset_t va_last;
1906
1907         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1908         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
1909             ("pmap_pv_promote_l2: misaligned va %#lx", va));
1910
1911         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1912
1913         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1914         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
1915         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv for %#lx not found", va));
1916         pvh = pa_to_pvh(pa);
1917         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1918         pvh->pv_gen++;
1919
1920         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1921         do {
1922                 m++;
1923                 va += PAGE_SIZE;
1924                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
1925         } while (va < va_last);
1926 }
1927 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
1928
1929 /*
1930  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
1931  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
1932  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
1933  */
1934 static bool
1935 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
1936     struct rwlock **lockp)
1937 {
1938         struct md_page *pvh;
1939         pv_entry_t pv;
1940         vm_paddr_t pa;
1941
1942         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1943         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1944         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
1945             NULL : lockp)) == NULL)
1946                 return (false);
1947         pv->pv_va = va;
1948         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
1949         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1950         pvh = pa_to_pvh(pa);
1951         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1952         pvh->pv_gen++;
1953         return (true);
1954 }
1955
1956 static void
1957 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
1958 {
1959         pt_entry_t newl2, oldl2;
1960         vm_page_t ml3;
1961         vm_paddr_t ml3pa;
1962
1963         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
1964         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
1965         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1966
1967         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
1968         if (ml3 == NULL)
1969                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
1970
1971         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
1972         newl2 = ml3pa | PTE_V;
1973
1974         /*
1975          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
1976          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
1977          */
1978         if (ml3->valid != 0)
1979                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
1980
1981         /*
1982          * Demote the mapping.
1983          */
1984         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
1985         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
1986             __func__, l2, oldl2));
1987 }
1988
1989 /*
1990  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
1991  */
1992 static int
1993 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
1994     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
1995 {
1996         struct md_page *pvh;
1997         pt_entry_t oldl2;
1998         vm_offset_t eva, va;
1999         vm_page_t m, ml3;
2000
2001         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2002         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2003         oldl2 = pmap_load_clear(l2);
2004         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2005             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a superpage mapping", oldl2));
2006
2007         /*
2008          * The sfence.vma documentation states that it is sufficient to specify
2009          * a single address within a superpage mapping.  However, since we do
2010          * not perform any invalidation upon promotion, TLBs may still be
2011          * caching 4KB mappings within the superpage, so we must invalidate the
2012          * entire range.
2013          */
2014         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2015         if ((oldl2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2016                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2017         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2018         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2019                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, PTE_TO_PHYS(oldl2));
2020                 pvh = pa_to_pvh(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2021                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2022                 eva = sva + L2_SIZE;
2023                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2024                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2025                         if ((oldl2 & PTE_D) != 0)
2026                                 vm_page_dirty(m);
2027                         if ((oldl2 & PTE_A) != 0)
2028                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2029                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2030                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2031                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2032                 }
2033         }
2034         if (pmap == kernel_pmap) {
2035                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2036         } else {
2037                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2038                 if (ml3 != NULL) {
2039                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2040                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2041                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2042                         KASSERT(ml3->ref_count == Ln_ENTRIES,
2043                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2044                         ml3->ref_count = 1;
2045                         vm_page_unwire_noq(ml3);
2046                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2047                 }
2048         }
2049         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2050 }
2051
2052 /*
2053  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2054  */
2055 static int
2056 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va, 
2057     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2058 {
2059         struct md_page *pvh;
2060         pt_entry_t old_l3;
2061         vm_paddr_t phys;
2062         vm_page_t m;
2063
2064         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2065         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2066         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2067         if (old_l3 & PTE_SW_WIRED)
2068                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2069         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2070         if (old_l3 & PTE_SW_MANAGED) {
2071                 phys = PTE_TO_PHYS(old_l3);
2072                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
2073                 if ((old_l3 & PTE_D) != 0)
2074                         vm_page_dirty(m);
2075                 if (old_l3 & PTE_A)
2076                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2077                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2078                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2079                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2080                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2081                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2082                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2083                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2084                 }
2085         }
2086
2087         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2088 }
2089
2090 /*
2091  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2092  *
2093  *      It is assumed that the start and end are properly
2094  *      rounded to the page size.
2095  */
2096 void
2097 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2098 {
2099         struct spglist free;
2100         struct rwlock *lock;
2101         vm_offset_t va, va_next;
2102         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2103         pt_entry_t *l3;
2104
2105         /*
2106          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2107          */
2108         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2109                 return;
2110
2111         SLIST_INIT(&free);
2112
2113         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2114         PMAP_LOCK(pmap);
2115
2116         lock = NULL;
2117         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2118                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2119                         break;
2120
2121                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2122                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2123                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2124                         if (va_next < sva)
2125                                 va_next = eva;
2126                         continue;
2127                 }
2128
2129                 /*
2130                  * Calculate index for next page table.
2131                  */
2132                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2133                 if (va_next < sva)
2134                         va_next = eva;
2135
2136                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2137                 if (l2 == NULL)
2138                         continue;
2139                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2140                         continue;
2141                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2142                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2143                                 (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, sva,
2144                                     pmap_load(l1), &free, &lock);
2145                                 continue;
2146                         } else if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2147                             &lock)) {
2148                                 /*
2149                                  * The large page mapping was destroyed.
2150                                  */
2151                                 continue;
2152                         }
2153                         l2e = pmap_load(l2);
2154                 }
2155
2156                 /*
2157                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2158                  * by the current page table page, or to the end of the
2159                  * range being removed.
2160                  */
2161                 if (va_next > eva)
2162                         va_next = eva;
2163
2164                 va = va_next;
2165                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2166                     sva += L3_SIZE) {
2167                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2168                                 if (va != va_next) {
2169                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2170                                         va = va_next;
2171                                 }
2172                                 continue;
2173                         }
2174                         if (va == va_next)
2175                                 va = sva;
2176                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l2e, &free, &lock)) {
2177                                 sva += L3_SIZE;
2178                                 break;
2179                         }
2180                 }
2181                 if (va != va_next)
2182                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2183         }
2184         if (lock != NULL)
2185                 rw_wunlock(lock);
2186         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2187         PMAP_UNLOCK(pmap);
2188         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2189 }
2190
2191 /*
2192  *      Routine:        pmap_remove_all
2193  *      Function:
2194  *              Removes this physical page from
2195  *              all physical maps in which it resides.
2196  *              Reflects back modify bits to the pager.
2197  *
2198  *      Notes:
2199  *              Original versions of this routine were very
2200  *              inefficient because they iteratively called
2201  *              pmap_remove (slow...)
2202  */
2203
2204 void
2205 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2206 {
2207         struct spglist free;
2208         struct md_page *pvh;
2209         pmap_t pmap;
2210         pt_entry_t *l3, l3e;
2211         pd_entry_t *l2, l2e;
2212         pv_entry_t pv;
2213         vm_offset_t va;
2214
2215         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2216             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2217         SLIST_INIT(&free);
2218         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2219             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2220
2221         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2222         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2223                 pmap = PV_PMAP(pv);
2224                 PMAP_LOCK(pmap);
2225                 va = pv->pv_va;
2226                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2227                 (void)pmap_demote_l2(pmap, l2, va);
2228                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2229         }
2230         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2231                 pmap = PV_PMAP(pv);
2232                 PMAP_LOCK(pmap);
2233                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2234                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
2235                 KASSERT(l2 != NULL, ("pmap_remove_all: no l2 table found"));
2236                 l2e = pmap_load(l2);
2237
2238                 KASSERT((l2e & PTE_RX) == 0,
2239                     ("pmap_remove_all: found a superpage in %p's pv list", m));
2240
2241                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
2242                 l3e = pmap_load_clear(l3);
2243                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2244                 if (l3e & PTE_SW_WIRED)
2245                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2246                 if ((l3e & PTE_A) != 0)
2247                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2248
2249                 /*
2250                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2251                  */
2252                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
2253                         vm_page_dirty(m);
2254                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(l2), &free);
2255                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2256                 m->md.pv_gen++;
2257                 free_pv_entry(pmap, pv);
2258                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2259         }
2260         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2261         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2262         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2263 }
2264
2265 /*
2266  *      Set the physical protection on the
2267  *      specified range of this map as requested.
2268  */
2269 void
2270 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2271 {
2272         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2273         pt_entry_t *l3, l3e, mask;
2274         vm_page_t m, mt;
2275         vm_paddr_t pa;
2276         vm_offset_t va_next;
2277         bool anychanged, pv_lists_locked;
2278
2279         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2280                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2281                 return;
2282         }
2283
2284         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2285             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2286                 return;
2287
2288         anychanged = false;
2289         pv_lists_locked = false;
2290         mask = 0;
2291         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2292                 mask |= PTE_W | PTE_D;
2293         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2294                 mask |= PTE_X;
2295 resume:
2296         PMAP_LOCK(pmap);
2297         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2298                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2299                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2300                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2301                         if (va_next < sva)
2302                                 va_next = eva;
2303                         continue;
2304                 }
2305
2306                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2307                 if (va_next < sva)
2308                         va_next = eva;
2309
2310                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2311                 if (l2 == NULL || (l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2312                         continue;
2313                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2314                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2315 retryl2:
2316                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2317                                     (l2e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2318                                     (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2319                                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
2320                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2321                                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
2322                                                 vm_page_dirty(mt);
2323                                 }
2324                                 if (!atomic_fcmpset_long(l2, &l2e, l2e & ~mask))
2325                                         goto retryl2;
2326                                 anychanged = true;
2327                                 continue;
2328                         } else {
2329                                 if (!pv_lists_locked) {
2330                                         pv_lists_locked = true;
2331                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
2332                                                 if (anychanged)
2333                                                         pmap_invalidate_all(
2334                                                             pmap);
2335                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2336                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
2337                                                 goto resume;
2338                                         }
2339                                 }
2340                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva)) {
2341                                         /*
2342                                          * The large page mapping was destroyed.
2343                                          */
2344                                         continue;
2345                                 }
2346                         }
2347                 }
2348
2349                 if (va_next > eva)
2350                         va_next = eva;
2351
2352                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2353                     sva += L3_SIZE) {
2354                         l3e = pmap_load(l3);
2355 retryl3:
2356                         if ((l3e & PTE_V) == 0)
2357                                 continue;
2358                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2359                             (l3e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2360                             (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2361                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(l3e));
2362                                 vm_page_dirty(m);
2363                         }
2364                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &l3e, l3e & ~mask))
2365                                 goto retryl3;
2366                         anychanged = true;
2367                 }
2368         }
2369         if (anychanged)
2370                 pmap_invalidate_all(pmap);
2371         if (pv_lists_locked)
2372                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
2373         PMAP_UNLOCK(pmap);
2374 }
2375
2376 int
2377 pmap_fault_fixup(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t ftype)
2378 {
2379         pd_entry_t *l2, l2e;
2380         pt_entry_t bits, *pte, oldpte;
2381         int rv;
2382
2383         rv = 0;
2384         PMAP_LOCK(pmap);
2385         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2386         if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
2387                 goto done;
2388         if ((l2e & PTE_RWX) == 0) {
2389                 pte = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2390                 if (pte == NULL || ((oldpte = pmap_load(pte)) & PTE_V) == 0)
2391                         goto done;
2392         } else {
2393                 pte = l2;
2394                 oldpte = l2e;
2395         }
2396
2397         if ((pmap != kernel_pmap && (oldpte & PTE_U) == 0) ||
2398             (ftype == VM_PROT_WRITE && (oldpte & PTE_W) == 0) ||
2399             (ftype == VM_PROT_EXECUTE && (oldpte & PTE_X) == 0) ||
2400             (ftype == VM_PROT_READ && (oldpte & PTE_R) == 0))
2401                 goto done;
2402
2403         bits = PTE_A;
2404         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
2405                 bits |= PTE_D;
2406
2407         /*
2408          * Spurious faults can occur if the implementation caches invalid
2409          * entries in the TLB, or if simultaneous accesses on multiple CPUs
2410          * race with each other.
2411          */
2412         if ((oldpte & bits) != bits)
2413                 pmap_store_bits(pte, bits);
2414         sfence_vma();
2415         rv = 1;
2416 done:
2417         PMAP_UNLOCK(pmap);
2418         return (rv);
2419 }
2420
2421 static bool
2422 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2423 {
2424         struct rwlock *lock;
2425         bool rv;
2426
2427         lock = NULL;
2428         rv = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
2429         if (lock != NULL)
2430                 rw_wunlock(lock);
2431         return (rv);
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2436  * mapping is invalidated.
2437  */
2438 static bool
2439 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2440     struct rwlock **lockp)
2441 {
2442         struct spglist free;
2443         vm_page_t mpte;
2444         pd_entry_t newl2, oldl2;
2445         pt_entry_t *firstl3, newl3;
2446         vm_paddr_t mptepa;
2447         int i;
2448
2449         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2450
2451         oldl2 = pmap_load(l2);
2452         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2453             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is not a leaf entry"));
2454         if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2455             NULL) {
2456                 if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2457                     pmap_l2_pindex(va), (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
2458                     VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) ==
2459                     NULL) {
2460                         SLIST_INIT(&free);
2461                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2462                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2463                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2464                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: "
2465                             "failure for va %#lx in pmap %p", va, pmap);
2466                         return (false);
2467                 }
2468                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2469                         mpte->ref_count = Ln_ENTRIES;
2470                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2471                 }
2472         }
2473         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2474         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2475         newl2 = ((mptepa / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) | PTE_V;
2476         KASSERT((oldl2 & PTE_A) != 0,
2477             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_A"));
2478         KASSERT((oldl2 & (PTE_D | PTE_W)) != PTE_W,
2479             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_D"));
2480         newl3 = oldl2;
2481
2482         /*
2483          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2484          * initialize it.
2485          */
2486         if (mpte->valid == 0) {
2487                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2488                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2489         }
2490         KASSERT(PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)) == PTE_TO_PHYS(newl3),
2491             ("pmap_demote_l2_locked: firstl3 and newl3 map different physical "
2492             "addresses"));
2493
2494         /*
2495          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2496          * entries.
2497          */
2498         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE) != (newl3 & PTE_PROMOTE))
2499                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2500                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2501
2502         /*
2503          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2504          * mapping, that is, prior to changing the L2 entry.  Otherwise, the
2505          * state of the L2 entry and the PV lists will be inconsistent, which
2506          * can result in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from
2507          * the wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the
2508          * expected PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2509          */
2510         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2511                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
2512
2513         /*
2514          * Demote the mapping.
2515          */
2516         pmap_store(l2, newl2);
2517
2518         /*
2519          * Demote the PV entry.
2520          */
2521         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2522                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(oldl2), lockp);
2523
2524         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
2525         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: success for va %#lx in pmap %p",
2526             va, pmap);
2527         return (true);
2528 }
2529
2530 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2531 static void
2532 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2533     struct rwlock **lockp)
2534 {
2535         pt_entry_t *firstl3, *l3;
2536         vm_paddr_t pa;
2537         vm_page_t ml3;
2538
2539         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2540
2541         va &= ~L2_OFFSET;
2542         KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
2543             ("pmap_promote_l2: invalid l2 entry %p", l2));
2544
2545         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2546         pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3));
2547         if ((pa & L2_OFFSET) != 0) {
2548                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2549                     va, pmap);
2550                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2551                 return;
2552         }
2553
2554         pa += PAGE_SIZE;
2555         for (l3 = firstl3 + 1; l3 < firstl3 + Ln_ENTRIES; l3++) {
2556                 if (PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3)) != pa) {
2557                         CTR2(KTR_PMAP,
2558                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2559                             va, pmap);
2560                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2561                         return;
2562                 }
2563                 if ((pmap_load(l3) & PTE_PROMOTE) !=
2564                     (pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE)) {
2565                         CTR2(KTR_PMAP,
2566                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2567                             va, pmap);
2568                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2569                         return;
2570                 }
2571                 pa += PAGE_SIZE;
2572         }
2573
2574         ml3 = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2575         KASSERT(ml3->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2576             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2577         if (pmap_insert_pt_page(pmap, ml3, true)) {
2578                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2579                     va, pmap);
2580                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2581                 return;
2582         }
2583
2584         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2585                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)),
2586                     lockp);
2587
2588         pmap_store(l2, pmap_load(firstl3));
2589
2590         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2591         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2592             pmap);
2593 }
2594 #endif
2595
2596 /*
2597  *      Insert the given physical page (p) at
2598  *      the specified virtual address (v) in the
2599  *      target physical map with the protection requested.
2600  *
2601  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2602  *      that the related pte can not be reclaimed.
2603  *
2604  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2605  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2606  *      insert this page into the given map NOW.
2607  */
2608 int
2609 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2610     u_int flags, int8_t psind)
2611 {
2612         struct rwlock *lock;
2613         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2614         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2615         pt_entry_t *l3;
2616         pv_entry_t pv;
2617         vm_paddr_t opa, pa, l2_pa, l3_pa;
2618         vm_page_t mpte, om, l2_m, l3_m;
2619         pt_entry_t entry;
2620         pn_t l2_pn, l3_pn, pn;
2621         int rv;
2622         bool nosleep;
2623
2624         va = trunc_page(va);
2625         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2626                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
2627         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2628         pn = (pa / PAGE_SIZE);
2629
2630         new_l3 = PTE_V | PTE_R | PTE_A;
2631         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2632                 new_l3 |= PTE_X;
2633         if (flags & VM_PROT_WRITE)
2634                 new_l3 |= PTE_D;
2635         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2636                 new_l3 |= PTE_W;
2637         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2638                 new_l3 |= PTE_U;
2639
2640         new_l3 |= (pn << PTE_PPN0_S);
2641         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2642                 new_l3 |= PTE_SW_WIRED;
2643
2644         /*
2645          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
2646          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
2647          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
2648          */
2649         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
2650                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
2651                         new_l3 |= PTE_D;
2652         } else
2653                 new_l3 |= PTE_SW_MANAGED;
2654
2655         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2656
2657         lock = NULL;
2658         mpte = NULL;
2659         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2660         PMAP_LOCK(pmap);
2661         if (psind == 1) {
2662                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
2663                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2664                     ("pmap_enter: va %#lx unaligned", va));
2665                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
2666                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, new_l3, flags, m, &lock);
2667                 goto out;
2668         }
2669
2670         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2671         if (l2 != NULL && ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0 &&
2672             ((l2e & PTE_RWX) == 0 || pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2673             va, &lock))) {
2674                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2675                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2676                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2677                         mpte->ref_count++;
2678                 }
2679         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2680                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2681                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2682                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2683                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2684                         if (lock != NULL)
2685                                 rw_wunlock(lock);
2686                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2687                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2688                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2689                 }
2690                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2691         } else {
2692                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2693                 /* TODO: This is not optimal, but should mostly work */
2694                 if (l3 == NULL) {
2695                         if (l2 == NULL) {
2696                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2697                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2698                                     VM_ALLOC_ZERO);
2699                                 if (l2_m == NULL)
2700                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2701                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2702                                         pmap_zero_page(l2_m);
2703
2704                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2705                                 l2_pn = (l2_pa / PAGE_SIZE);
2706
2707                                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2708                                 entry = (PTE_V);
2709                                 entry |= (l2_pn << PTE_PPN0_S);
2710                                 pmap_store(l1, entry);
2711                                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), entry);
2712                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2713                         }
2714
2715                         l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2716                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2717                         if (l3_m == NULL)
2718                                 panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2719                         if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2720                                 pmap_zero_page(l3_m);
2721
2722                         l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2723                         l3_pn = (l3_pa / PAGE_SIZE);
2724                         entry = (PTE_V);
2725                         entry |= (l3_pn << PTE_PPN0_S);
2726                         pmap_store(l2, entry);
2727                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2728                 }
2729                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2730         }
2731
2732         orig_l3 = pmap_load(l3);
2733         opa = PTE_TO_PHYS(orig_l3);
2734         pv = NULL;
2735
2736         /*
2737          * Is the specified virtual address already mapped?
2738          */
2739         if ((orig_l3 & PTE_V) != 0) {
2740                 /*
2741                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2742                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2743                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2744                  * the PT page will be also.
2745                  */
2746                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2747                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) == 0)
2748                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2749                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2750                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2751                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2752
2753                 /*
2754                  * Remove the extra PT page reference.
2755                  */
2756                 if (mpte != NULL) {
2757                         mpte->ref_count--;
2758                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
2759                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2760                              " va: 0x%lx", va));
2761                 }
2762
2763                 /*
2764                  * Has the physical page changed?
2765                  */
2766                 if (opa == pa) {
2767                         /*
2768                          * No, might be a protection or wiring change.
2769                          */
2770                         if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0 &&
2771                             (new_l3 & PTE_W) != 0)
2772                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2773                         goto validate;
2774                 }
2775
2776                 /*
2777                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
2778                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
2779                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
2780                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
2781                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
2782                  * avoiding an allocation.
2783                  *
2784                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
2785                  */
2786                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
2787                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == opa,
2788                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
2789                 if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2790                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2791
2792                         /*
2793                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
2794                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
2795                          * pmap_ts_referenced().
2796                          */
2797                         if ((orig_l3 & PTE_D) != 0)
2798                                 vm_page_dirty(om);
2799                         if ((orig_l3 & PTE_A) != 0)
2800                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
2801                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
2802                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
2803                         KASSERT(pv != NULL,
2804                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
2805                         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) == 0)
2806                                 free_pv_entry(pmap, pv);
2807                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
2808                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
2809                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2810                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
2811                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
2812                 }
2813                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2814                 orig_l3 = 0;
2815         } else {
2816                 /*
2817                  * Increment the counters.
2818                  */
2819                 if ((new_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2820                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2821                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2822         }
2823         /*
2824          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2825          */
2826         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2827                 if (pv == NULL) {
2828                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2829                         pv->pv_va = va;
2830                 }
2831                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2832                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2833                 m->md.pv_gen++;
2834                 if ((new_l3 & PTE_W) != 0)
2835                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2836         }
2837
2838 validate:
2839         /*
2840          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
2841          * if the new PTE is executable.
2842          */
2843         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2844                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
2845
2846         /*
2847          * Update the L3 entry.
2848          */
2849         if (orig_l3 != 0) {
2850                 orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
2851                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2852                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == pa,
2853                     ("pmap_enter: invalid update"));
2854                 if ((orig_l3 & (PTE_D | PTE_SW_MANAGED)) ==
2855                     (PTE_D | PTE_SW_MANAGED))
2856                         vm_page_dirty(m);
2857         } else {
2858                 pmap_store(l3, new_l3);
2859         }
2860
2861 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2862         if (mpte != NULL && mpte->ref_count == Ln_ENTRIES &&
2863             pmap_ps_enabled(pmap) &&
2864             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
2865             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
2866                 pmap_promote_l2(pmap, l2, va, &lock);
2867 #endif
2868
2869         rv = KERN_SUCCESS;
2870 out:
2871         if (lock != NULL)
2872                 rw_wunlock(lock);
2873         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2874         PMAP_UNLOCK(pmap);
2875         return (rv);
2876 }
2877
2878 /*
2879  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
2880  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
2881  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
2882  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
2883  * PV entry.
2884  */
2885 static bool
2886 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2887     struct rwlock **lockp)
2888 {
2889         pd_entry_t new_l2;
2890         pn_t pn;
2891
2892         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2893
2894         pn = VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE;
2895         new_l2 = (pd_entry_t)((pn << PTE_PPN0_S) | PTE_R | PTE_V);
2896         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2897                 new_l2 |= PTE_SW_MANAGED;
2898         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
2899                 new_l2 |= PTE_X;
2900         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2901                 new_l2 |= PTE_U;
2902         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
2903             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
2904             KERN_SUCCESS);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
2909  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
2910  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
2911  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
2912  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
2913  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
2914  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
2915  *
2916  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
2917  */
2918 static int
2919 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
2920     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
2921 {
2922         struct spglist free;
2923         pd_entry_t *l2, *l3, oldl2;
2924         vm_offset_t sva;
2925         vm_page_t l2pg, mt;
2926
2927         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2928
2929         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
2930             NULL : lockp)) == NULL) {
2931                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2932                     va, pmap);
2933                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2934         }
2935
2936         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2937         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2938         if ((oldl2 = pmap_load(l2)) != 0) {
2939                 KASSERT(l2pg->ref_count > 1,
2940                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
2941                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
2942                         l2pg->ref_count--;
2943                         CTR2(KTR_PMAP,
2944                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2945                             va, pmap);
2946                         return (KERN_FAILURE);
2947                 }
2948                 SLIST_INIT(&free);
2949                 if ((oldl2 & PTE_RWX) != 0)
2950                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
2951                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2952                 else
2953                         for (sva = va; sva < va + L2_SIZE; sva += PAGE_SIZE) {
2954                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2955                                 if ((pmap_load(l3) & PTE_V) != 0 &&
2956                                     pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, oldl2, &free,
2957                                     lockp) != 0)
2958                                         break;
2959                         }
2960                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2961                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2962                         /*
2963                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3() will
2964                          * leave the kernel page table page zero filled.
2965                          */
2966                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2967                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
2968                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
2969                 } else
2970                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
2971                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
2972         }
2973
2974         if ((new_l2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2975                 /*
2976                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
2977                  */
2978                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
2979                         SLIST_INIT(&free);
2980                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, l2pg, &free)) {
2981                                 /*
2982                                  * Although "va" is not mapped, paging-structure
2983                                  * caches could nonetheless have entries that
2984                                  * refer to the freed page table pages.
2985                                  * Invalidate those entries.
2986                                  */
2987                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2988                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2989                         }
2990                         CTR2(KTR_PMAP,
2991                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2992                             va, pmap);
2993                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2994                 }
2995                 if ((new_l2 & PTE_W) != 0)
2996                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
2997                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
2998         }
2999
3000         /*
3001          * Increment counters.
3002          */
3003         if ((new_l2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
3004                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3005         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3006
3007         /*
3008          * Map the superpage.
3009          */
3010         pmap_store(l2, new_l2);
3011
3012         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3013         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3014             va, pmap);
3015
3016         return (KERN_SUCCESS);
3017 }
3018
3019 /*
3020  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3021  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3022  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3023  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3024  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3025  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3026  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3027  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3028  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3029  * corresponding offset from m_start are mapped.
3030  */
3031 void
3032 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3033     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3034 {
3035         struct rwlock *lock;
3036         vm_offset_t va;
3037         vm_page_t m, mpte;
3038         vm_pindex_t diff, psize;
3039
3040         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3041
3042         psize = atop(end - start);
3043         mpte = NULL;
3044         m = m_start;
3045         lock = NULL;
3046         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3047         PMAP_LOCK(pmap);
3048         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3049                 va = start + ptoa(diff);
3050                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3051                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3052                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3053                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3054                 else
3055                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3056                             &lock);
3057                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3058         }
3059         if (lock != NULL)
3060                 rw_wunlock(lock);
3061         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3062         PMAP_UNLOCK(pmap);
3063 }
3064
3065 /*
3066  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3067  * 1. Current pmap & pmap exists.
3068  * 2. Not wired.
3069  * 3. Read access.
3070  * 4. No page table pages.
3071  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3072  */
3073
3074 void
3075 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3076 {
3077         struct rwlock *lock;
3078
3079         lock = NULL;
3080         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3081         PMAP_LOCK(pmap);
3082         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3083         if (lock != NULL)
3084                 rw_wunlock(lock);
3085         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3086         PMAP_UNLOCK(pmap);
3087 }
3088
3089 static vm_page_t
3090 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3091     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3092 {
3093         struct spglist free;
3094         vm_paddr_t phys;
3095         pd_entry_t *l2;
3096         pt_entry_t *l3, newl3;
3097
3098         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3099             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3100             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3101         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3102         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3103
3104         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3105         /*
3106          * In the case that a page table page is not
3107          * resident, we are creating it here.
3108          */
3109         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3110                 vm_pindex_t l2pindex;
3111
3112                 /*
3113                  * Calculate pagetable page index
3114                  */
3115                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3116                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3117                         mpte->ref_count++;
3118                 } else {
3119                         /*
3120                          * Get the l2 entry
3121                          */
3122                         l2 = pmap_l2(pmap, va);
3123
3124                         /*
3125                          * If the page table page is mapped, we just increment
3126                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3127                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3128                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3129                          */
3130                         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
3131                                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
3132                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
3133                                 mpte->ref_count++;
3134                         } else {
3135                                 /*
3136                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3137                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3138                                  */
3139                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3140                                 if (mpte == NULL)
3141                                         return (mpte);
3142                         }
3143                 }
3144                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3145                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3146         } else {
3147                 mpte = NULL;
3148                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
3149         }
3150         if (l3 == NULL)
3151                 panic("pmap_enter_quick_locked: No l3");
3152         if (pmap_load(l3) != 0) {
3153                 if (mpte != NULL) {
3154                         mpte->ref_count--;
3155                         mpte = NULL;
3156                 }
3157                 return (mpte);
3158         }
3159
3160         /*
3161          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3162          */
3163         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3164             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3165                 if (mpte != NULL) {
3166                         SLIST_INIT(&free);
3167                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3168                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3169                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3170                         }
3171                         mpte = NULL;
3172                 }
3173                 return (mpte);
3174         }
3175
3176         /*
3177          * Increment counters
3178          */
3179         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3180
3181         newl3 = ((VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) |
3182             PTE_V | PTE_R;
3183         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3184                 newl3 |= PTE_X;
3185         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3186                 newl3 |= PTE_SW_MANAGED;
3187         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3188                 newl3 |= PTE_U;
3189
3190         /*
3191          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
3192          * if the new PTE is executable.
3193          */
3194         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3195                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
3196
3197         pmap_store(l3, newl3);
3198
3199         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3200         return (mpte);
3201 }
3202
3203 /*
3204  * This code maps large physical mmap regions into the
3205  * processor address space.  Note that some shortcuts
3206  * are taken, but the code works.
3207  */
3208 void
3209 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3210     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3211 {
3212
3213         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3214         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3215             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3216 }
3217
3218 /*
3219  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3220  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3221  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3222  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3223  *
3224  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3225  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3226  */
3227 void
3228 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3229 {
3230         vm_offset_t va_next;
3231         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
3232         pt_entry_t *l3, l3e;
3233         bool pv_lists_locked;
3234
3235         pv_lists_locked = false;
3236 retry:
3237         PMAP_LOCK(pmap);
3238         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3239                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
3240                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3241                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3242                         if (va_next < sva)
3243                                 va_next = eva;
3244                         continue;
3245                 }
3246
3247                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3248                 if (va_next < sva)
3249                         va_next = eva;
3250
3251                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3252                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
3253                         continue;
3254                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
3255                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3256                                 if ((l2e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3257                                         panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3258                                             "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l2e);
3259                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_SW_WIRED);
3260                                 continue;
3261                         } else {
3262                                 if (!pv_lists_locked) {
3263                                         pv_lists_locked = true;
3264                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3265                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3266                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3267                                                 /* Repeat sva. */
3268                                                 goto retry;
3269                                         }
3270                                 }
3271                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva))
3272                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
3273                         }
3274                 }
3275
3276                 if (va_next > eva)
3277                         va_next = eva;
3278                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3279                     sva += L3_SIZE) {
3280                         if ((l3e = pmap_load(l3)) == 0)
3281                                 continue;
3282                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3283                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3284                                     "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l3e);
3285
3286                         /*
3287                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3288                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3289                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3290                          */
3291                         pmap_clear_bits(l3, PTE_SW_WIRED);
3292                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3293                 }
3294         }
3295         if (pv_lists_locked)
3296                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3297         PMAP_UNLOCK(pmap);
3298 }
3299
3300 /*
3301  *      Copy the range specified by src_addr/len
3302  *      from the source map to the range dst_addr/len
3303  *      in the destination map.
3304  *
3305  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3306  */
3307
3308 void
3309 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3310     vm_offset_t src_addr)
3311 {
3312
3313 }
3314
3315 /*
3316  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3317  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3318  */
3319 void
3320 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3321 {
3322         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3323
3324         pagezero((void *)va);
3325 }
3326
3327 /*
3328  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3329  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3330  *
3331  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3332  */
3333 void
3334 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3335 {
3336         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3337
3338         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3339                 pagezero((void *)va);
3340         else
3341                 bzero((char *)va + off, size);
3342 }
3343
3344 /*
3345  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3346  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3347  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3348  *      time.
3349  */
3350 void
3351 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3352 {
3353         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3354         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3355
3356         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3357 }
3358
3359 int unmapped_buf_allowed = 1;
3360
3361 void
3362 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3363     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3364 {
3365         void *a_cp, *b_cp;
3366         vm_page_t m_a, m_b;
3367         vm_paddr_t p_a, p_b;
3368         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3369         int cnt;
3370
3371         while (xfersize > 0) {
3372                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3373                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3374                 p_a = m_a->phys_addr;
3375                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3376                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3377                 p_b = m_b->phys_addr;
3378                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3379                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3380                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3381                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3382                 } else {
3383                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3384                 }
3385                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3386                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3387                 } else {
3388                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3389                 }
3390                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3391                 a_offset += cnt;
3392                 b_offset += cnt;
3393                 xfersize -= cnt;
3394         }
3395 }
3396
3397 vm_offset_t
3398 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3399 {
3400
3401         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3402 }
3403
3404 void
3405 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3406 {
3407 }
3408
3409 /*
3410  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3411  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3412  * be changed upwards or downwards in the future; it
3413  * is only necessary that true be returned for a small
3414  * subset of pmaps for proper page aging.
3415  */
3416 boolean_t
3417 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3418 {
3419         struct md_page *pvh;
3420         struct rwlock *lock;
3421         pv_entry_t pv;
3422         int loops = 0;
3423         boolean_t rv;
3424
3425         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3426             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3427         rv = FALSE;
3428         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3429         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3430         rw_rlock(lock);
3431         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3432                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3433                         rv = TRUE;
3434                         break;
3435                 }
3436                 loops++;
3437                 if (loops >= 16)
3438                         break;
3439         }
3440         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3441                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3442                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3443                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3444                                 rv = TRUE;
3445                                 break;
3446                         }
3447                         loops++;
3448                         if (loops >= 16)
3449                                 break;
3450                 }
3451         }
3452         rw_runlock(lock);
3453         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3454         return (rv);
3455 }
3456
3457 /*
3458  *      pmap_page_wired_mappings:
3459  *
3460  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3461  *      that are wired.
3462  */
3463 int
3464 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3465 {
3466         struct md_page *pvh;
3467         struct rwlock *lock;
3468         pmap_t pmap;
3469         pd_entry_t *l2;
3470         pt_entry_t *l3;
3471         pv_entry_t pv;
3472         int count, md_gen, pvh_gen;
3473
3474         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3475                 return (0);
3476         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3477         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3478         rw_rlock(lock);
3479 restart:
3480         count = 0;
3481         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3482                 pmap = PV_PMAP(pv);
3483                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3484                         md_gen = m->md.pv_gen;
3485                         rw_runlock(lock);
3486                         PMAP_LOCK(pmap);
3487                         rw_rlock(lock);
3488                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3489                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3490                                 goto restart;
3491                         }
3492                 }
3493                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3494                 if ((pmap_load(l3) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3495                         count++;
3496                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3497         }
3498         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3499                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3500                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3501                         pmap = PV_PMAP(pv);
3502                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3503                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3504                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3505                                 rw_runlock(lock);
3506                                 PMAP_LOCK(pmap);
3507                                 rw_rlock(lock);
3508                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3509                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3510                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3511                                         goto restart;
3512                                 }
3513                         }
3514                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3515                         if ((pmap_load(l2) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3516                                 count++;
3517                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3518                 }
3519         }
3520         rw_runlock(lock);
3521         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3522         return (count);
3523 }
3524
3525 /*
3526  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
3527  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
3528  */
3529 bool
3530 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3531 {
3532         struct rwlock *lock;
3533         bool rv;
3534
3535         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3536                 return (false);
3537         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3538         rw_rlock(lock);
3539         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
3540             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3541             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
3542         rw_runlock(lock);
3543         return (rv);
3544 }
3545
3546 static void
3547 pmap_remove_pages_pv(pmap_t pmap, vm_page_t m, pv_entry_t pv,
3548     struct spglist *free, bool superpage)
3549 {
3550         struct md_page *pvh;
3551         vm_page_t mpte, mt;
3552
3553         if (superpage) {
3554                 pmap_resident_count_dec(pmap, Ln_ENTRIES);
3555                 pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3556                 TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3557                 pvh->pv_gen++;
3558                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3559                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3560                                 if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3561                                     (mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0)
3562                                         vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3563                 }
3564                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3565                 if (mpte != NULL) {
3566                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3567                             ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
3568                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3569                         KASSERT(mpte->ref_count == Ln_ENTRIES,
3570                             ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
3571                         mpte->ref_count = 0;
3572                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3573                 }
3574         } else {
3575                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3576                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3577                 m->md.pv_gen++;
3578                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3579                     (m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0) {
3580                         pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3581                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3582                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3583                 }
3584         }
3585 }
3586
3587 /*
3588  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3589  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3590  * caller.
3591  *
3592  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3593  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3594  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3595  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3596  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3597  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3598  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3599  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3600  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3601  * this function starts.
3602  */
3603 void
3604 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3605 {
3606         struct spglist free;
3607         pd_entry_t ptepde;
3608         pt_entry_t *pte, tpte;
3609         vm_page_t m, mt;
3610         pv_entry_t pv;
3611         struct pv_chunk *pc, *npc;
3612         struct rwlock *lock;
3613         int64_t bit;
3614         uint64_t inuse, bitmask;
3615         int allfree, field, freed, idx;
3616         bool superpage;
3617
3618         lock = NULL;
3619
3620         SLIST_INIT(&free);
3621         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3622         PMAP_LOCK(pmap);
3623         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3624                 allfree = 1;
3625                 freed = 0;
3626                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3627                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3628                         while (inuse != 0) {
3629                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3630                                 bitmask = 1UL << bit;
3631                                 idx = field * 64 + bit;
3632                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3633                                 inuse &= ~bitmask;
3634
3635                                 pte = pmap_l1(pmap, pv->pv_va);
3636                                 ptepde = pmap_load(pte);
3637                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, pv->pv_va);
3638                                 tpte = pmap_load(pte);
3639                                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
3640                                         superpage = true;
3641                                 } else {
3642                                         ptepde = tpte;
3643                                         pte = pmap_l2_to_l3(pte, pv->pv_va);
3644                                         tpte = pmap_load(pte);
3645                                         superpage = false;
3646                                 }
3647
3648                                 /*
3649                                  * We cannot remove wired pages from a
3650                                  * process' mapping at this time.
3651                                  */
3652                                 if (tpte & PTE_SW_WIRED) {
3653                                         allfree = 0;
3654                                         continue;
3655                                 }
3656
3657                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(tpte));
3658                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3659                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3660                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3661                                     (uintmax_t)tpte));
3662
3663                                 pmap_clear(pte);
3664
3665                                 /*
3666                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3667                                  */
3668                                 if ((tpte & (PTE_D | PTE_W)) ==
3669                                     (PTE_D | PTE_W)) {
3670                                         if (superpage)
3671                                                 for (mt = m;
3672                                                     mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3673                                                         vm_page_dirty(mt);
3674                                         else
3675                                                 vm_page_dirty(m);
3676                                 }
3677
3678                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3679
3680                                 /* Mark free */
3681                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3682
3683                                 pmap_remove_pages_pv(pmap, m, pv, &free,
3684                                     superpage);
3685                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
3686                                 freed++;
3687                         }
3688                 }
3689                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3690                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3691                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3692                 if (allfree) {
3693                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3694                         free_pv_chunk(pc);
3695                 }
3696         }
3697         if (lock != NULL)
3698                 rw_wunlock(lock);
3699         pmap_invalidate_all(pmap);
3700         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3701         PMAP_UNLOCK(pmap);
3702         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3703 }
3704
3705 static bool
3706 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3707 {
3708         struct md_page *pvh;
3709         struct rwlock *lock;
3710         pd_entry_t *l2;
3711         pt_entry_t *l3, mask;
3712         pv_entry_t pv;
3713         pmap_t pmap;
3714         int md_gen, pvh_gen;
3715         bool rv;
3716
3717         mask = 0;
3718         if (modified)
3719                 mask |= PTE_D;
3720         if (accessed)
3721                 mask |= PTE_A;
3722
3723         rv = FALSE;
3724         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3725         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3726         rw_rlock(lock);
3727 restart:
3728         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3729                 pmap = PV_PMAP(pv);
3730                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3731                         md_gen = m->md.pv_gen;
3732                         rw_runlock(lock);
3733                         PMAP_LOCK(pmap);
3734                         rw_rlock(lock);
3735                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3736                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3737                                 goto restart;
3738                         }
3739                 }
3740                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3741                 rv = (pmap_load(l3) & mask) == mask;
3742                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3743                 if (rv)
3744                         goto out;
3745         }
3746         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3747                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3748                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3749                         pmap = PV_PMAP(pv);
3750                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3751                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3752                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3753                                 rw_runlock(lock);
3754                                 PMAP_LOCK(pmap);
3755                                 rw_rlock(lock);
3756                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3757                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3758                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3759                                         goto restart;
3760                                 }
3761                         }
3762                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3763                         rv = (pmap_load(l2) & mask) == mask;
3764                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3765                         if (rv)
3766                                 goto out;
3767                 }
3768         }
3769 out:
3770         rw_runlock(lock);
3771         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3772         return (rv);
3773 }
3774
3775 /*
3776  *      pmap_is_modified:
3777  *
3778  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3779  *      in any physical maps.
3780  */
3781 boolean_t
3782 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3783 {
3784
3785         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3786             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3787
3788         /*
3789          * If the page is not busied then this check is racy.
3790          */
3791         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3792                 return (FALSE);
3793         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3794 }
3795
3796 /*
3797  *      pmap_is_prefaultable:
3798  *
3799  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3800  *      for prefault.
3801  */
3802 boolean_t
3803 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3804 {
3805         pt_entry_t *l3;
3806         boolean_t rv;
3807
3808         rv = FALSE;
3809         PMAP_LOCK(pmap);
3810         l3 = pmap_l3(pmap, addr);
3811         if (l3 != NULL && pmap_load(l3) != 0) {
3812                 rv = TRUE;
3813         }
3814         PMAP_UNLOCK(pmap);
3815         return (rv);
3816 }
3817
3818 /*
3819  *      pmap_is_referenced:
3820  *
3821  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3822  *      in any physical maps.
3823  */
3824 boolean_t
3825 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3826 {
3827
3828         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3829             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3830         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3831 }
3832
3833 /*
3834  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3835  */
3836 void
3837 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3838 {
3839         struct md_page *pvh;
3840         struct rwlock *lock;
3841         pmap_t pmap;
3842         pd_entry_t *l2;
3843         pt_entry_t *l3, oldl3, newl3;
3844         pv_entry_t next_pv, pv;
3845         vm_offset_t va;
3846         int md_gen, pvh_gen;
3847
3848         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3849             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3850         vm_page_assert_busied(m);
3851
3852         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3853                 return;
3854         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3855         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3856             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3857         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3858 retry_pv_loop:
3859         rw_wlock(lock);
3860         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3861                 pmap = PV_PMAP(pv);
3862                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3863                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3864                         rw_wunlock(lock);
3865                         PMAP_LOCK(pmap);
3866                         rw_wlock(lock);
3867                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3868                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3869                                 rw_wunlock(lock);
3870                                 goto retry_pv_loop;
3871                         }
3872                 }
3873                 va = pv->pv_va;
3874                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3875                 if ((pmap_load(l2) & PTE_W) != 0)
3876                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
3877                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3878                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3879                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3880                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3881         }
3882         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3883                 pmap = PV_PMAP(pv);
3884                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3885                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3886                         md_gen = m->md.pv_gen;
3887                         rw_wunlock(lock);
3888                         PMAP_LOCK(pmap);
3889                         rw_wlock(lock);
3890                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3891                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3892                                 rw_wunlock(lock);
3893                                 goto retry_pv_loop;
3894                         }
3895                 }
3896                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3897                 oldl3 = pmap_load(l3);
3898 retry:
3899                 if ((oldl3 & PTE_W) != 0) {
3900                         newl3 = oldl3 & ~(PTE_D | PTE_W);
3901                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3, newl3))
3902                                 goto retry;
3903                         if ((oldl3 & PTE_D) != 0)
3904                                 vm_page_dirty(m);
3905                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3906                 }
3907                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3908         }
3909         rw_wunlock(lock);
3910         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3911         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3912 }
3913
3914 /*
3915  *      pmap_ts_referenced:
3916  *
3917  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3918  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3919  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3920  *      reference bits set.
3921  *
3922  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3923  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3924  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3925  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3926  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3927  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3928  *      to pmap_is_modified().
3929  */
3930 int
3931 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3932 {
3933         struct spglist free;
3934         struct md_page *pvh;
3935         struct rwlock *lock;
3936         pv_entry_t pv, pvf;
3937         pmap_t pmap;
3938         pd_entry_t *l2, l2e;
3939         pt_entry_t *l3, l3e;
3940         vm_paddr_t pa;
3941         vm_offset_t va;
3942         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
3943
3944         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3945             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
3946         SLIST_INIT(&free);
3947         cleared = 0;
3948         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3949         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
3950
3951         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
3952         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3953         rw_wlock(lock);
3954 retry:
3955         not_cleared = 0;
3956         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
3957                 goto small_mappings;
3958         pv = pvf;
3959         do {
3960                 pmap = PV_PMAP(pv);
3961                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3962                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3963                         rw_wunlock(lock);
3964                         PMAP_LOCK(pmap);
3965                         rw_wlock(lock);
3966                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3967                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3968                                 goto retry;
3969                         }
3970                 }
3971                 va = pv->pv_va;
3972                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3973                 l2e = pmap_load(l2);
3974                 if ((l2e & (PTE_W | PTE_D)) == (PTE_W | PTE_D)) {
3975                         /*
3976                          * Although l2e is mapping a 2MB page, because
3977                          * this function is called at a 4KB page granularity,
3978                          * we only update the 4KB page under test.
3979                          */
3980                         vm_page_dirty(m);
3981                 }
3982                 if ((l2e & PTE_A) != 0) {
3983                         /*
3984                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
3985                          * pages, it should not be cleared every time it is
3986                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
3987                          * physical page number, the virtual superpage number,
3988                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
3989                          * the 512 on which testing the reference bit will
3990                          * result in clearing that reference bit.  This
3991                          * function is designed to avoid the selection of the
3992                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
3993                          *
3994                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
3995                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
3996                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
3997                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
3998                          * since the superpage is wired, the current state of
3999                          * its reference bit won't affect page replacement.
4000                          */
4001                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4002                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4003                             (l2e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4004                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_A);
4005                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4006                                 cleared++;
4007                         } else
4008                                 not_cleared++;
4009                 }
4010                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4011                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4012                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4013                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4014                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4015                         pvh->pv_gen++;
4016                 }
4017                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4018                         goto out;
4019         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4020 small_mappings:
4021         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4022                 goto out;
4023         pv = pvf;
4024         do {
4025                 pmap = PV_PMAP(pv);
4026                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4027                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4028                         md_gen = m->md.pv_gen;
4029                         rw_wunlock(lock);
4030                         PMAP_LOCK(pmap);
4031                         rw_wlock(lock);
4032                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4033                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4034                                 goto retry;
4035                         }
4036                 }
4037                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4038
4039                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RX) == 0,
4040                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4041
4042                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4043                 l3e = pmap_load(l3);
4044                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
4045                         vm_page_dirty(m);
4046                 if ((l3e & PTE_A) != 0) {
4047                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4048                                 /*
4049                                  * Wired pages cannot be paged out so
4050                                  * doing accessed bit emulation for
4051                                  * them is wasted effort. We do the
4052                                  * hard work for unwired pages only.
4053                                  */
4054                                 pmap_clear_bits(l3, PTE_A);
4055                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4056                                 cleared++;
4057                         } else
4058                                 not_cleared++;
4059                 }
4060                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4061                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4062                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4063                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4064                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4065                         m->md.pv_gen++;
4066                 }
4067         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4068             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4069 out:
4070         rw_wunlock(lock);
4071         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4072         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4073         return (cleared + not_cleared);
4074 }
4075
4076 /*
4077  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4078  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4079  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4080  */
4081 void
4082 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4083 {
4084 }
4085
4086 /*
4087  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4088  */
4089 void
4090 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4091 {
4092         struct md_page *pvh;
4093         struct rwlock *lock;
4094         pmap_t pmap;
4095         pv_entry_t next_pv, pv;
4096         pd_entry_t *l2, oldl2;
4097         pt_entry_t *l3;
4098         vm_offset_t va;
4099         int md_gen, pvh_gen;
4100
4101         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4102             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4103         vm_page_assert_busied(m);
4104
4105         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4106                 return;
4107
4108         /*
4109          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4110          * If the object containing the page is locked and the page is not
4111          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4112          */
4113         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4114                 return;
4115         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4116             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4117         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4118         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4119         rw_wlock(lock);
4120 restart:
4121         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4122                 pmap = PV_PMAP(pv);
4123                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4124                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4125                         rw_wunlock(lock);
4126                         PMAP_LOCK(pmap);
4127                         rw_wlock(lock);
4128                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4129                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4130                                 goto restart;
4131                         }
4132                 }
4133                 va = pv->pv_va;
4134                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4135                 oldl2 = pmap_load(l2);
4136                 /* If oldl2 has PTE_W set, then it also has PTE_D set. */
4137                 if ((oldl2 & PTE_W) != 0 &&
4138                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
4139                     (oldl2 & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4140                         /*
4141                          * Write protect the mapping to a single page so that
4142                          * a subsequent write access may repromote.
4143                          */
4144                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - PTE_TO_PHYS(oldl2);
4145                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4146                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4147                         vm_page_dirty(m);
4148                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4149                 }
4150                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4151         }
4152         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4153                 pmap = PV_PMAP(pv);
4154                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4155                         md_gen = m->md.pv_gen;
4156                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4157                         rw_wunlock(lock);
4158                         PMAP_LOCK(pmap);
4159                         rw_wlock(lock);
4160                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4161                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4162                                 goto restart;
4163                         }
4164                 }
4165                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4166                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
4167                     ("pmap_clear_modify: found a 2mpage in page %p's pv list",
4168                     m));
4169                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4170                 if ((pmap_load(l3) & (PTE_D | PTE_W)) == (PTE_D | PTE_W)) {
4171                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4172                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4173                 }
4174                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4175         }
4176         rw_wunlock(lock);
4177         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4178 }
4179
4180 void *
4181 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4182 {
4183
4184         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4185 }
4186
4187 void
4188 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4189 {
4190 }
4191
4192 /*
4193  * Sets the memory attribute for the specified page.
4194  */
4195 void
4196 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4197 {
4198
4199         m->md.pv_memattr = ma;
4200 }
4201
4202 /*
4203  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
4204  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
4205  * find other mappings.
4206  */
4207 int
4208 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
4209 {
4210         pt_entry_t *l2, *l3, tpte;
4211         vm_paddr_t pa;
4212         int val;
4213         bool managed;
4214
4215         PMAP_LOCK(pmap);
4216         l2 = pmap_l2(pmap, addr);
4217         if (l2 != NULL && ((tpte = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0) {
4218                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
4219                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L2_OFFSET);
4220                         val = MINCORE_INCORE | MINCORE_PSIND(1);
4221                 } else {
4222                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, addr);
4223                         tpte = pmap_load(l3);
4224                         if ((tpte & PTE_V) == 0) {
4225                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4226                                 return (0);
4227                         }
4228                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L3_OFFSET);
4229                         val = MINCORE_INCORE;
4230                 }
4231
4232                 if ((tpte & PTE_D) != 0)
4233                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4234                 if ((tpte & PTE_A) != 0)
4235                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4236                 managed = (tpte & PTE_SW_MANAGED) == PTE_SW_MANAGED;
4237         } else {
4238                 managed = false;
4239                 val = 0;
4240         }
4241         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4242             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4243                 *pap = pa;
4244         }
4245         PMAP_UNLOCK(pmap);
4246         return (val);
4247 }
4248
4249 void
4250 pmap_activate_sw(struct thread *td)
4251 {
4252         pmap_t oldpmap, pmap;
4253         u_int hart;
4254
4255         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4256         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4257         if (pmap == oldpmap)
4258                 return;
4259         load_satp(pmap->pm_satp);
4260
4261         hart = PCPU_GET(hart);
4262 #ifdef SMP
4263         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4264         CPU_CLR_ATOMIC(hart, &oldpmap->pm_active);
4265 #else
4266         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4267         CPU_CLR(hart, &oldpmap->pm_active);
4268 #endif
4269         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4270
4271         sfence_vma();
4272 }
4273
4274 void
4275 pmap_activate(struct thread *td)
4276 {
4277
4278         critical_enter();
4279         pmap_activate_sw(td);
4280         critical_exit();
4281 }
4282
4283 void
4284 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
4285 {
4286         u_int hart;
4287
4288         hart = PCPU_GET(hart);
4289 #ifdef SMP
4290         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4291 #else
4292         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4293 #endif
4294         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4295 }
4296
4297 void
4298 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4299 {
4300         cpuset_t mask;
4301
4302         /*
4303          * From the RISC-V User-Level ISA V2.2:
4304          *
4305          * "To make a store to instruction memory visible to all
4306          * RISC-V harts, the writing hart has to execute a data FENCE
4307          * before requesting that all remote RISC-V harts execute a
4308          * FENCE.I."
4309          *
4310          * However, this is slightly misleading; we still need to
4311          * perform a FENCE.I for the local hart, as FENCE does nothing
4312          * for its icache. FENCE.I alone is also sufficient for the
4313          * local hart.
4314          */
4315         sched_pin();
4316         mask = all_harts;
4317         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
4318         fence_i();
4319         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started) {
4320                 fence();
4321                 sbi_remote_fence_i(mask.__bits);
4322         }
4323         sched_unpin();
4324 }
4325
4326 /*
4327  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4328  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4329  */
4330 void
4331 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4332     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4333 {
4334         vm_offset_t superpage_offset;
4335
4336         if (size < L2_SIZE)
4337                 return;
4338         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4339                 offset += ptoa(object->pg_color);
4340         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4341         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4342             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4343                 return;
4344         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4345                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4346         else
4347                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4348 }
4349
4350 /**
4351  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4352  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4353  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4354  *
4355  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4356  *                    address on the kernel memory map.
4357  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4358  *                    of the pages passed in the page parameter.
4359  * \param count       Number of pages passed in.
4360  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4361  *                    page faults, FALSE otherwise.
4362  *
4363  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4364  *          finished or FALSE otherwise.
4365  *
4366  */
4367 boolean_t
4368 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4369     boolean_t can_fault)
4370 {
4371         vm_paddr_t paddr;
4372         boolean_t needs_mapping;
4373         int error, i;
4374
4375         /*
4376          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4377          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4378          */
4379         needs_mapping = FALSE;
4380         for (i = 0; i < count; i++) {
4381                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4382                 if (__predict_false(paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR)) {
4383                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4384                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4385                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4386                         needs_mapping = TRUE;
4387                 } else {
4388                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4389                 }
4390         }
4391
4392         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4393         if (!needs_mapping)
4394                 return (FALSE);
4395
4396         if (!can_fault)
4397                 sched_pin();
4398         for (i = 0; i < count; i++) {
4399                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4400                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4401                         panic(
4402                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4403                 }
4404         }
4405
4406         return (needs_mapping);
4407 }
4408
4409 void
4410 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4411     boolean_t can_fault)
4412 {
4413         vm_paddr_t paddr;
4414         int i;
4415
4416         if (!can_fault)
4417                 sched_unpin();
4418         for (i = 0; i < count; i++) {
4419                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4420                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4421                         panic("RISCVTODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4422                 }
4423         }
4424 }
4425
4426 boolean_t
4427 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
4428 {
4429
4430         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
4431 }
4432
4433 bool
4434 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l1, pd_entry_t **l2,
4435     pt_entry_t **l3)
4436 {
4437         pd_entry_t *l1p, *l2p;
4438
4439         /* Get l1 directory entry. */
4440         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4441         *l1 = l1p;
4442
4443         if (l1p == NULL || (pmap_load(l1p) & PTE_V) == 0)
4444                 return (false);
4445
4446         if ((pmap_load(l1p) & PTE_RX) != 0) {
4447                 *l2 = NULL;
4448                 *l3 = NULL;
4449                 return (true);
4450         }
4451
4452         /* Get l2 directory entry. */
4453         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
4454         *l2 = l2p;
4455
4456         if (l2p == NULL || (pmap_load(l2p) & PTE_V) == 0)
4457                 return (false);
4458
4459         if ((pmap_load(l2p) & PTE_RX) != 0) {
4460                 *l3 = NULL;
4461                 return (true);
4462         }
4463
4464         /* Get l3 page table entry. */
4465         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
4466
4467         return (true);
4468 }
4469
4470 /*
4471  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
4472  * in various mapping attributes.
4473  */
4474 struct pmap_kernel_map_range {
4475         vm_offset_t sva;
4476         pt_entry_t attrs;
4477         int l3pages;
4478         int l2pages;
4479         int l1pages;
4480 };
4481
4482 static void
4483 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4484     vm_offset_t eva)
4485 {
4486
4487         if (eva <= range->sva)
4488                 return;
4489
4490         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %d %d %d\n",
4491             range->sva, eva,
4492             (range->attrs & PTE_W) == PTE_W ? 'w' : '-',
4493             (range->attrs & PTE_X) == PTE_X ? 'x' : '-',
4494             (range->attrs & PTE_U) == PTE_U ? 'u' : 's',
4495             (range->attrs & PTE_G) == PTE_G ? 'g' : '-',
4496             range->l1pages, range->l2pages, range->l3pages);
4497
4498         /* Reset to sentinel value. */
4499         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
4500 }
4501
4502 /*
4503  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
4504  * being tracked by the current range.
4505  */
4506 static bool
4507 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
4508 {
4509
4510         return (range->attrs == attrs);
4511 }
4512
4513 static void
4514 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
4515     pt_entry_t attrs)
4516 {
4517
4518         memset(range, 0, sizeof(*range));
4519         range->sva = va;
4520         range->attrs = attrs;
4521 }
4522
4523 /*
4524  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes. If they do not match
4525  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
4526  * begin a new run.
4527  */
4528 static void
4529 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4530     vm_offset_t va, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e, pt_entry_t l3e)
4531 {
4532         pt_entry_t attrs;
4533
4534         /* The PTE global bit is inherited by lower levels. */
4535         attrs = l1e & PTE_G;
4536         if ((l1e & PTE_RWX) != 0)
4537                 attrs |= l1e & (PTE_RWX | PTE_U);
4538         else if (l2e != 0)
4539                 attrs |= l2e & PTE_G;
4540         if ((l2e & PTE_RWX) != 0)
4541                 attrs |= l2e & (PTE_RWX | PTE_U);
4542         else if (l3e != 0)
4543                 attrs |= l3e & (PTE_RWX | PTE_U | PTE_G);
4544
4545         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
4546                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
4547                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
4548         }
4549 }
4550
4551 static int
4552 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4553 {
4554         struct pmap_kernel_map_range range;
4555         struct sbuf sbuf, *sb;
4556         pd_entry_t l1e, *l2, l2e;
4557         pt_entry_t *l3, l3e;
4558         vm_offset_t sva;
4559         vm_paddr_t pa;
4560         int error, i, j, k;
4561
4562         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4563         if (error != 0)
4564                 return (error);
4565         sb = &sbuf;
4566         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
4567
4568         /* Sentinel value. */
4569         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
4570
4571         /*
4572          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
4573          * lock. Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
4574          * observe inconsistencies in the output.
4575          */
4576         sva = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4577         for (i = pmap_l1_index(sva); i < Ln_ENTRIES; i++) {
4578                 if (i == pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
4579                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
4580                 else if (i == pmap_l1_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
4581                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
4582
4583                 l1e = kernel_pmap->pm_l1[i];
4584                 if ((l1e & PTE_V) == 0) {
4585                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4586                         sva += L1_SIZE;
4587                         continue;
4588                 }
4589                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4590                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, 0, 0);
4591                         range.l1pages++;
4592                         sva += L1_SIZE;
4593                         continue;
4594                 }
4595                 pa = PTE_TO_PHYS(l1e);
4596                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4597
4598                 for (j = pmap_l2_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4599                         l2e = l2[j];
4600                         if ((l2e & PTE_V) == 0) {
4601                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4602                                 sva += L2_SIZE;
4603                                 continue;
4604                         }
4605                         if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4606                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, l2e, 0);
4607                                 range.l2pages++;
4608                                 sva += L2_SIZE;
4609                                 continue;
4610                         }
4611                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
4612                         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4613
4614                         for (k = pmap_l3_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++,
4615                             sva += L3_SIZE) {
4616                                 l3e = l3[k];
4617                                 if ((l3e & PTE_V) == 0) {
4618                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4619                                         continue;
4620                                 }
4621                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
4622                                     l1e, l2e, l3e);
4623                                 range.l3pages++;
4624                         }
4625                 }
4626         }
4627
4628         error = sbuf_finish(sb);
4629         sbuf_delete(sb);
4630         return (error);
4631 }
4632 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
4633     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4634     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
4635     "Dump kernel address layout");