]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/riscv/riscv/pmap.c
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[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)        ((pte >> PTE_PPN0_S) * PAGE_SIZE)
343
344 static __inline pd_entry_t *
345 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
346 {
347
348         return (&pmap->pm_l1[pmap_l1_index(va)]);
349 }
350
351 static __inline pd_entry_t *
352 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
353 {
354         vm_paddr_t phys;
355         pd_entry_t *l2;
356
357         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
358         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
359
360         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
361 }
362
363 static __inline pd_entry_t *
364 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
365 {
366         pd_entry_t *l1;
367
368         l1 = pmap_l1(pmap, va);
369         if ((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0)
370                 return (NULL);
371         if ((pmap_load(l1) & PTE_RX) != 0)
372                 return (NULL);
373
374         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
375 }
376
377 static __inline pt_entry_t *
378 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
379 {
380         vm_paddr_t phys;
381         pt_entry_t *l3;
382
383         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
384         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
385
386         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
387 }
388
389 static __inline pt_entry_t *
390 pmap_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
391 {
392         pd_entry_t *l2;
393
394         l2 = pmap_l2(pmap, va);
395         if (l2 == NULL)
396                 return (NULL);
397         if ((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0)
398                 return (NULL);
399         if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0)
400                 return (NULL);
401
402         return (pmap_l2_to_l3(l2, va));
403 }
404
405 static __inline void
406 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
407 {
408
409         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
410         pmap->pm_stats.resident_count += count;
411 }
412
413 static __inline void
414 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
415 {
416
417         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
418         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
419             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
420             pmap->pm_stats.resident_count, count));
421         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
422 }
423
424 static void
425 pmap_distribute_l1(struct pmap *pmap, vm_pindex_t l1index,
426     pt_entry_t entry)
427 {
428         struct pmap *user_pmap;
429         pd_entry_t *l1;
430
431         /* Distribute new kernel L1 entry to all the user pmaps */
432         if (pmap != kernel_pmap)
433                 return;
434
435         mtx_lock(&allpmaps_lock);
436         LIST_FOREACH(user_pmap, &allpmaps, pm_list) {
437                 l1 = &user_pmap->pm_l1[l1index];
438                 pmap_store(l1, entry);
439         }
440         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
441 }
442
443 static pt_entry_t *
444 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
445     u_int *l2_slot)
446 {
447         pt_entry_t *l2;
448         pd_entry_t *l1;
449
450         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
451         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
452
453         /* Check locore has used a table L1 map */
454         KASSERT((l1[*l1_slot] & PTE_RX) == 0,
455                 ("Invalid bootstrap L1 table"));
456
457         /* Find the address of the L2 table */
458         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
459         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
460
461         return (l2);
462 }
463
464 static vm_paddr_t
465 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
466 {
467         u_int l1_slot, l2_slot;
468         pt_entry_t *l2;
469         vm_paddr_t ret;
470
471         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
472
473         /* Check locore has used L2 superpages */
474         KASSERT((l2[l2_slot] & PTE_RX) != 0,
475                 ("Invalid bootstrap L2 table"));
476
477         /* L2 is superpages */
478         ret = (l2[l2_slot] >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
479         ret += (va & L2_OFFSET);
480
481         return (ret);
482 }
483
484 static void
485 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
486 {
487         vm_offset_t va;
488         vm_paddr_t pa;
489         pd_entry_t *l1;
490         u_int l1_slot;
491         pt_entry_t entry;
492         pn_t pn;
493
494         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
495         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
496         l1 = (pd_entry_t *)kern_l1;
497         l1_slot = pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS);
498
499         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
500             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
501                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
502
503                 /* superpages */
504                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
505                 entry = PTE_KERN;
506                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
507                 pmap_store(&l1[l1_slot], entry);
508         }
509
510         /* Set the upper limit of the DMAP region */
511         dmap_phys_max = pa;
512         dmap_max_addr = va;
513
514         sfence_vma();
515 }
516
517 static vm_offset_t
518 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
519 {
520         vm_offset_t l3pt;
521         pt_entry_t entry;
522         pd_entry_t *l2;
523         vm_paddr_t pa;
524         u_int l2_slot;
525         pn_t pn;
526
527         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
528
529         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
530         l2 = (pd_entry_t *)((uintptr_t)l2 & ~(PAGE_SIZE - 1));
531         l2_slot = pmap_l2_index(va);
532         l3pt = l3_start;
533
534         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
535                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
536
537                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
538                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
539                 entry = (PTE_V);
540                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
541                 pmap_store(&l2[l2_slot], entry);
542                 l3pt += PAGE_SIZE;
543         }
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 /*
990  * Add a list of wired pages to the kva
991  * this routine is only used for temporary
992  * kernel mappings that do not need to have
993  * page modification or references recorded.
994  * Note that old mappings are simply written
995  * over.  The page *must* be wired.
996  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
997  */
998 void
999 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1000 {
1001         pt_entry_t *l3, pa;
1002         vm_offset_t va;
1003         vm_page_t m;
1004         pt_entry_t entry;
1005         pn_t pn;
1006         int i;
1007
1008         va = sva;
1009         for (i = 0; i < count; i++) {
1010                 m = ma[i];
1011                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1012                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
1013                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1014
1015                 entry = PTE_KERN;
1016                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1017                 pmap_store(l3, entry);
1018
1019                 va += L3_SIZE;
1020         }
1021         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1022 }
1023
1024 /*
1025  * This routine tears out page mappings from the
1026  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1027  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1028  */
1029 void
1030 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1031 {
1032         pt_entry_t *l3;
1033         vm_offset_t va;
1034
1035         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1036
1037         for (va = sva; count-- > 0; va += PAGE_SIZE) {
1038                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1039                 KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1040                 pmap_clear(l3);
1041         }
1042         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1043 }
1044
1045 bool
1046 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
1047 {
1048
1049         return (superpages_enabled);
1050 }
1051
1052 /***************************************************
1053  * Page table page management routines.....
1054  ***************************************************/
1055 /*
1056  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1057  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1058  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1059  */
1060 static __inline void
1061 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1062     boolean_t set_PG_ZERO)
1063 {
1064
1065         if (set_PG_ZERO)
1066                 m->flags |= PG_ZERO;
1067         else
1068                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1069         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1070 }
1071
1072 /*
1073  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1074  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1075  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1076  * ordered by this virtual address range.
1077  *
1078  * If "promoted" is false, then the page table page "ml3" must be zero filled.
1079  */
1080 static __inline int
1081 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t ml3, bool promoted)
1082 {
1083
1084         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1085         ml3->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1086         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, ml3));
1087 }
1088
1089 /*
1090  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1091  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1092  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1093  * specified virtual address.
1094  */
1095 static __inline vm_page_t
1096 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1097 {
1098
1099         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1100         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
1101 }
1102         
1103 /*
1104  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1105  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1106  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1107  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1108  */
1109 static inline boolean_t
1110 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1111 {
1112
1113         --m->ref_count;
1114         if (m->ref_count == 0) {
1115                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1116                 return (TRUE);
1117         } else {
1118                 return (FALSE);
1119         }
1120 }
1121
1122 static void
1123 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1124 {
1125         vm_paddr_t phys;
1126
1127         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1128         if (m->pindex >= NUL1E) {
1129                 pd_entry_t *l1;
1130                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1131                 pmap_clear(l1);
1132                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), 0);
1133         } else {
1134                 pd_entry_t *l2;
1135                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1136                 pmap_clear(l2);
1137         }
1138         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1139         if (m->pindex < NUL1E) {
1140                 pd_entry_t *l1;
1141                 vm_page_t pdpg;
1142
1143                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1144                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1145                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1146                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1147         }
1148         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1149
1150         vm_wire_sub(1);
1151
1152         /* 
1153          * Put page on a list so that it is released after
1154          * *ALL* TLB shootdown is done
1155          */
1156         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * After removing a page table entry, this routine is used to
1161  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1162  */
1163 static int
1164 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1165     struct spglist *free)
1166 {
1167         vm_page_t mpte;
1168
1169         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1170                 return (0);
1171         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1172         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(ptepde));
1173         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1174 }
1175
1176 void
1177 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1178 {
1179
1180         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1181         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1182         pmap->pm_l1 = kernel_pmap->pm_l1;
1183         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (vtophys(pmap->pm_l1) >> PAGE_SHIFT);
1184         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1185         pmap_activate_boot(pmap);
1186 }
1187
1188 int
1189 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1190 {
1191         vm_paddr_t l1phys;
1192         vm_page_t l1pt;
1193
1194         /*
1195          * allocate the l1 page
1196          */
1197         while ((l1pt = vm_page_alloc(NULL, 0xdeadbeef, VM_ALLOC_NORMAL |
1198             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1199                 vm_wait(NULL);
1200
1201         l1phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l1pt);
1202         pmap->pm_l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1phys);
1203         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (l1phys >> PAGE_SHIFT);
1204
1205         if ((l1pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1206                 pagezero(pmap->pm_l1);
1207
1208         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1209
1210         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1211
1212         /* Install kernel pagetables */
1213         memcpy(pmap->pm_l1, kernel_pmap->pm_l1, PAGE_SIZE);
1214
1215         /* Add to the list of all user pmaps */
1216         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1217         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1218         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1219
1220         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1221
1222         return (1);
1223 }
1224
1225 /*
1226  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1227  *
1228  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1229  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1230  *
1231  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1232  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1233  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1234  * race conditions.
1235  */
1236 static vm_page_t
1237 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1238 {
1239         vm_page_t m, /*pdppg, */pdpg;
1240         pt_entry_t entry;
1241         vm_paddr_t phys;
1242         pn_t pn;
1243
1244         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1245
1246         /*
1247          * Allocate a page table page.
1248          */
1249         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1250             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1251                 if (lockp != NULL) {
1252                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1253                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1254                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1255                         vm_wait(NULL);
1256                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1257                         PMAP_LOCK(pmap);
1258                 }
1259
1260                 /*
1261                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1262                  * page may have been allocated.
1263                  */
1264                 return (NULL);
1265         }
1266
1267         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1268                 pmap_zero_page(m);
1269
1270         /*
1271          * Map the pagetable page into the process address space, if
1272          * it isn't already there.
1273          */
1274
1275         if (ptepindex >= NUL1E) {
1276                 pd_entry_t *l1;
1277                 vm_pindex_t l1index;
1278
1279                 l1index = ptepindex - NUL1E;
1280                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1281
1282                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1283                 entry = (PTE_V);
1284                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1285                 pmap_store(l1, entry);
1286                 pmap_distribute_l1(pmap, l1index, entry);
1287         } else {
1288                 vm_pindex_t l1index;
1289                 pd_entry_t *l1, *l2;
1290
1291                 l1index = ptepindex >> (L1_SHIFT - L2_SHIFT);
1292                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1293                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1294                         /* recurse for allocating page dir */
1295                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL1E + l1index,
1296                             lockp) == NULL) {
1297                                 vm_page_unwire_noq(m);
1298                                 vm_page_free_zero(m);
1299                                 return (NULL);
1300                         }
1301                 } else {
1302                         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1303                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1304                         pdpg->ref_count++;
1305                 }
1306
1307                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1308                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
1309                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1310
1311                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1312                 entry = (PTE_V);
1313                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1314                 pmap_store(l2, entry);
1315         }
1316
1317         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1318
1319         return (m);
1320 }
1321
1322 static vm_page_t
1323 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1324 {
1325         pd_entry_t *l1;
1326         vm_page_t l2pg;
1327         vm_pindex_t l2pindex;
1328
1329 retry:
1330         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1331         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & PTE_RWX) == 0) {
1332                 /* Add a reference to the L2 page. */
1333                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1)));
1334                 l2pg->ref_count++;
1335         } else {
1336                 /* Allocate a L2 page. */
1337                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1338                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1339                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1340                         goto retry;
1341         }
1342         return (l2pg);
1343 }
1344
1345 static vm_page_t
1346 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1347 {
1348         vm_pindex_t ptepindex;
1349         pd_entry_t *l2;
1350         vm_paddr_t phys;
1351         vm_page_t m;
1352
1353         /*
1354          * Calculate pagetable page index
1355          */
1356         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1357 retry:
1358         /*
1359          * Get the page directory entry
1360          */
1361         l2 = pmap_l2(pmap, va);
1362
1363         /*
1364          * If the page table page is mapped, we just increment the
1365          * hold count, and activate it.
1366          */
1367         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
1368                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
1369                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1370                 m->ref_count++;
1371         } else {
1372                 /*
1373                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1374                  * deallocated.
1375                  */
1376                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1377                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1378                         goto retry;
1379         }
1380         return (m);
1381 }
1382
1383
1384 /***************************************************
1385  * Pmap allocation/deallocation routines.
1386  ***************************************************/
1387
1388 /*
1389  * Release any resources held by the given physical map.
1390  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1391  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1392  */
1393 void
1394 pmap_release(pmap_t pmap)
1395 {
1396         vm_page_t m;
1397
1398         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1399             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1400             pmap->pm_stats.resident_count));
1401         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
1402             ("releasing active pmap %p", pmap));
1403
1404         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1405         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1406         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1407
1408         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l1));
1409         vm_page_unwire_noq(m);
1410         vm_page_free(m);
1411 }
1412
1413 static int
1414 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1415 {
1416         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1417
1418         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1419 }
1420 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1421     0, 0, kvm_size, "LU",
1422     "Size of KVM");
1423
1424 static int
1425 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1426 {
1427         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1428
1429         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1430 }
1431 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1432     0, 0, kvm_free, "LU",
1433     "Amount of KVM free");
1434
1435 /*
1436  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1437  */
1438 void
1439 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1440 {
1441         vm_paddr_t paddr;
1442         vm_page_t nkpg;
1443         pd_entry_t *l1, *l2;
1444         pt_entry_t entry;
1445         pn_t pn;
1446
1447         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1448
1449         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1450         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1451                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1452         while (kernel_vm_end < addr) {
1453                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1454                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1455                         /* We need a new PDP entry */
1456                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1457                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1458                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1459                         if (nkpg == NULL)
1460                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1461                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1462                                 pmap_zero_page(nkpg);
1463                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1464
1465                         pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1466                         entry = (PTE_V);
1467                         entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1468                         pmap_store(l1, entry);
1469                         pmap_distribute_l1(kernel_pmap,
1470                             pmap_l1_index(kernel_vm_end), entry);
1471                         continue; /* try again */
1472                 }
1473                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1474                 if ((pmap_load(l2) & PTE_V) != 0 &&
1475                     (pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0) {
1476                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1477                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1478                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1479                                 break;
1480                         }
1481                         continue;
1482                 }
1483
1484                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1485                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1486                     VM_ALLOC_ZERO);
1487                 if (nkpg == NULL)
1488                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1489                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0) {
1490                         pmap_zero_page(nkpg);
1491                 }
1492                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1493
1494                 pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1495                 entry = (PTE_V);
1496                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1497                 pmap_store(l2, entry);
1498
1499                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1500
1501                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1502                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1503                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1504                         break;                       
1505                 }
1506         }
1507 }
1508
1509
1510 /***************************************************
1511  * page management routines.
1512  ***************************************************/
1513
1514 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1515 CTASSERT(_NPCM == 3);
1516 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1517
1518 static __inline struct pv_chunk *
1519 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1520 {
1521
1522         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1523 }
1524
1525 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1526
1527 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1528 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1529 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1530
1531 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1532
1533 #if 0
1534 #ifdef PV_STATS
1535 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1536
1537 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1538         "Current number of pv entry chunks");
1539 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1540         "Current number of pv entry chunks allocated");
1541 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1542         "Current number of pv entry chunks frees");
1543 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1544         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1545
1546 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1547 static int pv_entry_spare;
1548
1549 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1550         "Current number of pv entry frees");
1551 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1552         "Current number of pv entry allocs");
1553 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1554         "Current number of pv entries");
1555 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1556         "Current number of spare pv entries");
1557 #endif
1558 #endif /* 0 */
1559
1560 /*
1561  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1562  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1563  * another pv entry chunk.
1564  *
1565  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1566  *
1567  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1568  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1569  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1570  */
1571 static vm_page_t
1572 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1573 {
1574
1575         panic("RISCVTODO: reclaim_pv_chunk");
1576 }
1577
1578 /*
1579  * free the pv_entry back to the free list
1580  */
1581 static void
1582 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1583 {
1584         struct pv_chunk *pc;
1585         int idx, field, bit;
1586
1587         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1588         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1589         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1590         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1591         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1592         pc = pv_to_chunk(pv);
1593         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1594         field = idx / 64;
1595         bit = idx % 64;
1596         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1597         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1598             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1599                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1600                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1601                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1602                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1603                 }
1604                 return;
1605         }
1606         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1607         free_pv_chunk(pc);
1608 }
1609
1610 static void
1611 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1612 {
1613         vm_page_t m;
1614
1615         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1616         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1617         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1618         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1619         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1620         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1621         /* entire chunk is free, return it */
1622         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1623         dump_drop_page(m->phys_addr);
1624         vm_page_unwire_noq(m);
1625         vm_page_free(m);
1626 }
1627
1628 /*
1629  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1630  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1631  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1632  * returned.
1633  *
1634  * The given PV list lock may be released.
1635  */
1636 static pv_entry_t
1637 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1638 {
1639         int bit, field;
1640         pv_entry_t pv;
1641         struct pv_chunk *pc;
1642         vm_page_t m;
1643
1644         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1645         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1646         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1647 retry:
1648         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1649         if (pc != NULL) {
1650                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1651                         if (pc->pc_map[field]) {
1652                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1653                                 break;
1654                         }
1655                 }
1656                 if (field < _NPCM) {
1657                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1658                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1659                         /* If this was the last item, move it to tail */
1660                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1661                             pc->pc_map[2] == 0) {
1662                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1663                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1664                                     pc_list);
1665                         }
1666                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1667                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1668                         return (pv);
1669                 }
1670         }
1671         /* No free items, allocate another chunk */
1672         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1673             VM_ALLOC_WIRED);
1674         if (m == NULL) {
1675                 if (lockp == NULL) {
1676                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1677                         return (NULL);
1678                 }
1679                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1680                 if (m == NULL)
1681                         goto retry;
1682         }
1683         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
1684         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
1685         dump_add_page(m->phys_addr);
1686         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1687         pc->pc_pmap = pmap;
1688         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
1689         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1690         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1691         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1692         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1693         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1694         pv = &pc->pc_pventry[0];
1695         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1696         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1697         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
1698         return (pv);
1699 }
1700
1701 /*
1702  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
1703  * exceeds the given count, "needed".
1704  *
1705  * The given PV list lock may be released.
1706  */
1707 static void
1708 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
1709 {
1710         struct pch new_tail;
1711         struct pv_chunk *pc;
1712         vm_page_t m;
1713         int avail, free;
1714         bool reclaimed;
1715
1716         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1717         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1718         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
1719
1720         /*
1721          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
1722          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
1723          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
1724          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
1725          */
1726         TAILQ_INIT(&new_tail);
1727 retry:
1728         avail = 0;
1729         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
1730                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
1731                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
1732                 if (free == 0)
1733                         break;
1734                 avail += free;
1735                 if (avail >= needed)
1736                         break;
1737         }
1738         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
1739                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1740                     VM_ALLOC_WIRED);
1741                 if (m == NULL) {
1742                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1743                         if (m == NULL)
1744                                 goto retry;
1745                         reclaimed = true;
1746                 }
1747                 /* XXX PV STATS */
1748 #if 0
1749                 dump_add_page(m->phys_addr);
1750 #endif
1751                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1752                 pc->pc_pmap = pmap;
1753                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
1754                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1755                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1756                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1757                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1758
1759                 /*
1760                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
1761                  * If that chunk contained available entries, we need to
1762                  * re-count the number of available entries.
1763                  */
1764                 if (reclaimed)
1765                         goto retry;
1766         }
1767         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
1768                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1769                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1770                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1771         }
1772 }
1773
1774 /*
1775  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
1776  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
1777  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
1778  * 2MB page mappings.
1779  */
1780 static __inline pv_entry_t
1781 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1782 {
1783         pv_entry_t pv;
1784
1785         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1786         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
1787                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
1788                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1789                         pvh->pv_gen++;
1790                         break;
1791                 }
1792         }
1793         return (pv);
1794 }
1795
1796 /*
1797  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
1798  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
1799  * page mappings.
1800  */
1801 static void
1802 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1803 {
1804         pv_entry_t pv;
1805
1806         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1807
1808         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found for %#lx", va));
1809         free_pv_entry(pmap, pv);
1810 }
1811
1812 /*
1813  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
1814  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
1815  */
1816 static boolean_t
1817 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1818     struct rwlock **lockp)
1819 {
1820         pv_entry_t pv;
1821
1822         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1823         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1824         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1825         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
1826                 pv->pv_va = va;
1827                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1828                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1829                 m->md.pv_gen++;
1830                 return (TRUE);
1831         } else
1832                 return (FALSE);
1833 }
1834
1835 /*
1836  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
1837  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
1838  * entries for each of the 4KB page mappings.
1839  */
1840 static void __unused
1841 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1842     struct rwlock **lockp)
1843 {
1844         struct md_page *pvh;
1845         struct pv_chunk *pc;
1846         pv_entry_t pv;
1847         vm_page_t m;
1848         vm_offset_t va_last;
1849         int bit, field;
1850
1851         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1852         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1853         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1854
1855         /*
1856          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
1857          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
1858          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
1859          */
1860         pvh = pa_to_pvh(pa);
1861         va &= ~L2_OFFSET;
1862         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1863         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
1864         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1865         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1866         m->md.pv_gen++;
1867         /* Instantiate the remaining 511 pv entries. */
1868         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1869         for (;;) {
1870                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1871                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
1872                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
1873                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1874                         while (pc->pc_map[field] != 0) {
1875                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1876                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1877                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1878                                 va += PAGE_SIZE;
1879                                 pv->pv_va = va;
1880                                 m++;
1881                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
1882                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
1883                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1884                                 m->md.pv_gen++;
1885                                 if (va == va_last)
1886                                         goto out;
1887                         }
1888                 }
1889                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1890                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1891         }
1892 out:
1893         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
1894                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1895                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1896         }
1897         /* XXX PV stats */
1898 }
1899
1900 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1901 static void
1902 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1903     struct rwlock **lockp)
1904 {
1905         struct md_page *pvh;
1906         pv_entry_t pv;
1907         vm_page_t m;
1908         vm_offset_t va_last;
1909
1910         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1911         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
1912             ("pmap_pv_promote_l2: misaligned va %#lx", va));
1913
1914         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1915
1916         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1917         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
1918         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv for %#lx not found", va));
1919         pvh = pa_to_pvh(pa);
1920         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1921         pvh->pv_gen++;
1922
1923         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1924         do {
1925                 m++;
1926                 va += PAGE_SIZE;
1927                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
1928         } while (va < va_last);
1929 }
1930 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
1931
1932 /*
1933  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
1934  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
1935  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
1936  */
1937 static bool
1938 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
1939     struct rwlock **lockp)
1940 {
1941         struct md_page *pvh;
1942         pv_entry_t pv;
1943         vm_paddr_t pa;
1944
1945         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1946         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1947         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
1948             NULL : lockp)) == NULL)
1949                 return (false);
1950         pv->pv_va = va;
1951         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
1952         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1953         pvh = pa_to_pvh(pa);
1954         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1955         pvh->pv_gen++;
1956         return (true);
1957 }
1958
1959 static void
1960 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
1961 {
1962         pt_entry_t newl2, oldl2;
1963         vm_page_t ml3;
1964         vm_paddr_t ml3pa;
1965
1966         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
1967         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
1968         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1969
1970         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
1971         if (ml3 == NULL)
1972                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
1973
1974         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
1975         newl2 = ml3pa | PTE_V;
1976
1977         /*
1978          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
1979          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
1980          */
1981         if (ml3->valid != 0)
1982                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
1983
1984         /*
1985          * Demote the mapping.
1986          */
1987         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
1988         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
1989             __func__, l2, oldl2));
1990 }
1991
1992 /*
1993  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
1994  */
1995 static int
1996 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
1997     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
1998 {
1999         struct md_page *pvh;
2000         pt_entry_t oldl2;
2001         vm_offset_t eva, va;
2002         vm_page_t m, ml3;
2003
2004         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2005         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2006         oldl2 = pmap_load_clear(l2);
2007         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2008             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a superpage mapping", oldl2));
2009
2010         /*
2011          * The sfence.vma documentation states that it is sufficient to specify
2012          * a single address within a superpage mapping.  However, since we do
2013          * not perform any invalidation upon promotion, TLBs may still be
2014          * caching 4KB mappings within the superpage, so we must invalidate the
2015          * entire range.
2016          */
2017         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2018         if ((oldl2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2019                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2020         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2021         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2022                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, PTE_TO_PHYS(oldl2));
2023                 pvh = pa_to_pvh(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2024                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2025                 eva = sva + L2_SIZE;
2026                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2027                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2028                         if ((oldl2 & PTE_D) != 0)
2029                                 vm_page_dirty(m);
2030                         if ((oldl2 & PTE_A) != 0)
2031                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2032                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2033                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2034                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2035                 }
2036         }
2037         if (pmap == kernel_pmap) {
2038                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2039         } else {
2040                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2041                 if (ml3 != NULL) {
2042                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2043                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2044                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2045                         KASSERT(ml3->ref_count == Ln_ENTRIES,
2046                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2047                         ml3->ref_count = 1;
2048                         vm_page_unwire_noq(ml3);
2049                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2050                 }
2051         }
2052         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2053 }
2054
2055 /*
2056  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2057  */
2058 static int
2059 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va, 
2060     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2061 {
2062         struct md_page *pvh;
2063         pt_entry_t old_l3;
2064         vm_paddr_t phys;
2065         vm_page_t m;
2066
2067         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2068         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2069         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2070         if (old_l3 & PTE_SW_WIRED)
2071                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2072         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2073         if (old_l3 & PTE_SW_MANAGED) {
2074                 phys = PTE_TO_PHYS(old_l3);
2075                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
2076                 if ((old_l3 & PTE_D) != 0)
2077                         vm_page_dirty(m);
2078                 if (old_l3 & PTE_A)
2079                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2080                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2081                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2082                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2083                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2084                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2085                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2086                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2087                 }
2088         }
2089
2090         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2091 }
2092
2093 /*
2094  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2095  *
2096  *      It is assumed that the start and end are properly
2097  *      rounded to the page size.
2098  */
2099 void
2100 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2101 {
2102         struct spglist free;
2103         struct rwlock *lock;
2104         vm_offset_t va, va_next;
2105         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2106         pt_entry_t *l3;
2107
2108         /*
2109          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2110          */
2111         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2112                 return;
2113
2114         SLIST_INIT(&free);
2115
2116         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2117         PMAP_LOCK(pmap);
2118
2119         lock = NULL;
2120         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2121                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2122                         break;
2123
2124                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2125                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2126                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2127                         if (va_next < sva)
2128                                 va_next = eva;
2129                         continue;
2130                 }
2131
2132                 /*
2133                  * Calculate index for next page table.
2134                  */
2135                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2136                 if (va_next < sva)
2137                         va_next = eva;
2138
2139                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2140                 if (l2 == NULL)
2141                         continue;
2142                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2143                         continue;
2144                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2145                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2146                                 (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, sva,
2147                                     pmap_load(l1), &free, &lock);
2148                                 continue;
2149                         } else if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2150                             &lock)) {
2151                                 /*
2152                                  * The large page mapping was destroyed.
2153                                  */
2154                                 continue;
2155                         }
2156                         l2e = pmap_load(l2);
2157                 }
2158
2159                 /*
2160                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2161                  * by the current page table page, or to the end of the
2162                  * range being removed.
2163                  */
2164                 if (va_next > eva)
2165                         va_next = eva;
2166
2167                 va = va_next;
2168                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2169                     sva += L3_SIZE) {
2170                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2171                                 if (va != va_next) {
2172                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2173                                         va = va_next;
2174                                 }
2175                                 continue;
2176                         }
2177                         if (va == va_next)
2178                                 va = sva;
2179                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l2e, &free, &lock)) {
2180                                 sva += L3_SIZE;
2181                                 break;
2182                         }
2183                 }
2184                 if (va != va_next)
2185                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2186         }
2187         if (lock != NULL)
2188                 rw_wunlock(lock);
2189         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2190         PMAP_UNLOCK(pmap);
2191         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2192 }
2193
2194 /*
2195  *      Routine:        pmap_remove_all
2196  *      Function:
2197  *              Removes this physical page from
2198  *              all physical maps in which it resides.
2199  *              Reflects back modify bits to the pager.
2200  *
2201  *      Notes:
2202  *              Original versions of this routine were very
2203  *              inefficient because they iteratively called
2204  *              pmap_remove (slow...)
2205  */
2206
2207 void
2208 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2209 {
2210         struct spglist free;
2211         struct md_page *pvh;
2212         pmap_t pmap;
2213         pt_entry_t *l3, l3e;
2214         pd_entry_t *l2, l2e;
2215         pv_entry_t pv;
2216         vm_offset_t va;
2217
2218         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2219             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2220         SLIST_INIT(&free);
2221         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2222             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2223
2224         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2225         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2226                 pmap = PV_PMAP(pv);
2227                 PMAP_LOCK(pmap);
2228                 va = pv->pv_va;
2229                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2230                 (void)pmap_demote_l2(pmap, l2, va);
2231                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2232         }
2233         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2234                 pmap = PV_PMAP(pv);
2235                 PMAP_LOCK(pmap);
2236                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2237                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
2238                 KASSERT(l2 != NULL, ("pmap_remove_all: no l2 table found"));
2239                 l2e = pmap_load(l2);
2240
2241                 KASSERT((l2e & PTE_RX) == 0,
2242                     ("pmap_remove_all: found a superpage in %p's pv list", m));
2243
2244                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
2245                 l3e = pmap_load_clear(l3);
2246                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2247                 if (l3e & PTE_SW_WIRED)
2248                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2249                 if ((l3e & PTE_A) != 0)
2250                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2251
2252                 /*
2253                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2254                  */
2255                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
2256                         vm_page_dirty(m);
2257                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(l2), &free);
2258                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2259                 m->md.pv_gen++;
2260                 free_pv_entry(pmap, pv);
2261                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2262         }
2263         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2264         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2265         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2266 }
2267
2268 /*
2269  *      Set the physical protection on the
2270  *      specified range of this map as requested.
2271  */
2272 void
2273 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2274 {
2275         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2276         pt_entry_t *l3, l3e, mask;
2277         vm_page_t m, mt;
2278         vm_paddr_t pa;
2279         vm_offset_t va_next;
2280         bool anychanged, pv_lists_locked;
2281
2282         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2283                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2284                 return;
2285         }
2286
2287         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2288             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2289                 return;
2290
2291         anychanged = false;
2292         pv_lists_locked = false;
2293         mask = 0;
2294         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2295                 mask |= PTE_W | PTE_D;
2296         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2297                 mask |= PTE_X;
2298 resume:
2299         PMAP_LOCK(pmap);
2300         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2301                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2302                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2303                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2304                         if (va_next < sva)
2305                                 va_next = eva;
2306                         continue;
2307                 }
2308
2309                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2310                 if (va_next < sva)
2311                         va_next = eva;
2312
2313                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2314                 if (l2 == NULL || (l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2315                         continue;
2316                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2317                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2318 retryl2:
2319                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2320                                     (l2e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2321                                     (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2322                                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
2323                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2324                                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
2325                                                 vm_page_dirty(mt);
2326                                 }
2327                                 if (!atomic_fcmpset_long(l2, &l2e, l2e & ~mask))
2328                                         goto retryl2;
2329                                 anychanged = true;
2330                                 continue;
2331                         } else {
2332                                 if (!pv_lists_locked) {
2333                                         pv_lists_locked = true;
2334                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
2335                                                 if (anychanged)
2336                                                         pmap_invalidate_all(
2337                                                             pmap);
2338                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2339                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
2340                                                 goto resume;
2341                                         }
2342                                 }
2343                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva)) {
2344                                         /*
2345                                          * The large page mapping was destroyed.
2346                                          */
2347                                         continue;
2348                                 }
2349                         }
2350                 }
2351
2352                 if (va_next > eva)
2353                         va_next = eva;
2354
2355                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2356                     sva += L3_SIZE) {
2357                         l3e = pmap_load(l3);
2358 retryl3:
2359                         if ((l3e & PTE_V) == 0)
2360                                 continue;
2361                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2362                             (l3e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2363                             (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2364                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(l3e));
2365                                 vm_page_dirty(m);
2366                         }
2367                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &l3e, l3e & ~mask))
2368                                 goto retryl3;
2369                         anychanged = true;
2370                 }
2371         }
2372         if (anychanged)
2373                 pmap_invalidate_all(pmap);
2374         if (pv_lists_locked)
2375                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
2376         PMAP_UNLOCK(pmap);
2377 }
2378
2379 int
2380 pmap_fault_fixup(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t ftype)
2381 {
2382         pd_entry_t *l2, l2e;
2383         pt_entry_t bits, *pte, oldpte;
2384         int rv;
2385
2386         rv = 0;
2387         PMAP_LOCK(pmap);
2388         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2389         if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
2390                 goto done;
2391         if ((l2e & PTE_RWX) == 0) {
2392                 pte = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2393                 if (pte == NULL || ((oldpte = pmap_load(pte)) & PTE_V) == 0)
2394                         goto done;
2395         } else {
2396                 pte = l2;
2397                 oldpte = l2e;
2398         }
2399
2400         if ((pmap != kernel_pmap && (oldpte & PTE_U) == 0) ||
2401             (ftype == VM_PROT_WRITE && (oldpte & PTE_W) == 0) ||
2402             (ftype == VM_PROT_EXECUTE && (oldpte & PTE_X) == 0) ||
2403             (ftype == VM_PROT_READ && (oldpte & PTE_R) == 0))
2404                 goto done;
2405
2406         bits = PTE_A;
2407         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
2408                 bits |= PTE_D;
2409
2410         /*
2411          * Spurious faults can occur if the implementation caches invalid
2412          * entries in the TLB, or if simultaneous accesses on multiple CPUs
2413          * race with each other.
2414          */
2415         if ((oldpte & bits) != bits)
2416                 pmap_store_bits(pte, bits);
2417         sfence_vma();
2418         rv = 1;
2419 done:
2420         PMAP_UNLOCK(pmap);
2421         return (rv);
2422 }
2423
2424 static bool
2425 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2426 {
2427         struct rwlock *lock;
2428         bool rv;
2429
2430         lock = NULL;
2431         rv = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
2432         if (lock != NULL)
2433                 rw_wunlock(lock);
2434         return (rv);
2435 }
2436
2437 /*
2438  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2439  * mapping is invalidated.
2440  */
2441 static bool
2442 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2443     struct rwlock **lockp)
2444 {
2445         struct spglist free;
2446         vm_page_t mpte;
2447         pd_entry_t newl2, oldl2;
2448         pt_entry_t *firstl3, newl3;
2449         vm_paddr_t mptepa;
2450         int i;
2451
2452         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2453
2454         oldl2 = pmap_load(l2);
2455         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2456             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is not a leaf entry"));
2457         if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2458             NULL) {
2459                 if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2460                     pmap_l2_pindex(va), (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
2461                     VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) ==
2462                     NULL) {
2463                         SLIST_INIT(&free);
2464                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2465                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2466                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2467                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: "
2468                             "failure for va %#lx in pmap %p", va, pmap);
2469                         return (false);
2470                 }
2471                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2472                         mpte->ref_count = Ln_ENTRIES;
2473                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2474                 }
2475         }
2476         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2477         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2478         newl2 = ((mptepa / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) | PTE_V;
2479         KASSERT((oldl2 & PTE_A) != 0,
2480             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_A"));
2481         KASSERT((oldl2 & (PTE_D | PTE_W)) != PTE_W,
2482             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_D"));
2483         newl3 = oldl2;
2484
2485         /*
2486          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2487          * initialize it.
2488          */
2489         if (mpte->valid == 0) {
2490                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2491                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2492         }
2493         KASSERT(PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)) == PTE_TO_PHYS(newl3),
2494             ("pmap_demote_l2_locked: firstl3 and newl3 map different physical "
2495             "addresses"));
2496
2497         /*
2498          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2499          * entries.
2500          */
2501         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE) != (newl3 & PTE_PROMOTE))
2502                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2503                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2504
2505         /*
2506          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2507          * mapping, that is, prior to changing the L2 entry.  Otherwise, the
2508          * state of the L2 entry and the PV lists will be inconsistent, which
2509          * can result in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from
2510          * the wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the
2511          * expected PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2512          */
2513         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2514                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
2515
2516         /*
2517          * Demote the mapping.
2518          */
2519         pmap_store(l2, newl2);
2520
2521         /*
2522          * Demote the PV entry.
2523          */
2524         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2525                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(oldl2), lockp);
2526
2527         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
2528         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: success for va %#lx in pmap %p",
2529             va, pmap);
2530         return (true);
2531 }
2532
2533 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2534 static void
2535 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2536     struct rwlock **lockp)
2537 {
2538         pt_entry_t *firstl3, *l3;
2539         vm_paddr_t pa;
2540         vm_page_t ml3;
2541
2542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2543
2544         va &= ~L2_OFFSET;
2545         KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
2546             ("pmap_promote_l2: invalid l2 entry %p", l2));
2547
2548         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2549         pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3));
2550         if ((pa & L2_OFFSET) != 0) {
2551                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2552                     va, pmap);
2553                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2554                 return;
2555         }
2556
2557         pa += PAGE_SIZE;
2558         for (l3 = firstl3 + 1; l3 < firstl3 + Ln_ENTRIES; l3++) {
2559                 if (PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3)) != pa) {
2560                         CTR2(KTR_PMAP,
2561                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2562                             va, pmap);
2563                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2564                         return;
2565                 }
2566                 if ((pmap_load(l3) & PTE_PROMOTE) !=
2567                     (pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE)) {
2568                         CTR2(KTR_PMAP,
2569                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2570                             va, pmap);
2571                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2572                         return;
2573                 }
2574                 pa += PAGE_SIZE;
2575         }
2576
2577         ml3 = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2578         KASSERT(ml3->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2579             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2580         if (pmap_insert_pt_page(pmap, ml3, true)) {
2581                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2582                     va, pmap);
2583                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2584                 return;
2585         }
2586
2587         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2588                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)),
2589                     lockp);
2590
2591         pmap_store(l2, pmap_load(firstl3));
2592
2593         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2594         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2595             pmap);
2596 }
2597 #endif
2598
2599 /*
2600  *      Insert the given physical page (p) at
2601  *      the specified virtual address (v) in the
2602  *      target physical map with the protection requested.
2603  *
2604  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2605  *      that the related pte can not be reclaimed.
2606  *
2607  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2608  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2609  *      insert this page into the given map NOW.
2610  */
2611 int
2612 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2613     u_int flags, int8_t psind)
2614 {
2615         struct rwlock *lock;
2616         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2617         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2618         pt_entry_t *l3;
2619         pv_entry_t pv;
2620         vm_paddr_t opa, pa, l2_pa, l3_pa;
2621         vm_page_t mpte, om, l2_m, l3_m;
2622         pt_entry_t entry;
2623         pn_t l2_pn, l3_pn, pn;
2624         int rv;
2625         bool nosleep;
2626
2627         va = trunc_page(va);
2628         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2629                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
2630         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2631         pn = (pa / PAGE_SIZE);
2632
2633         new_l3 = PTE_V | PTE_R | PTE_A;
2634         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2635                 new_l3 |= PTE_X;
2636         if (flags & VM_PROT_WRITE)
2637                 new_l3 |= PTE_D;
2638         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2639                 new_l3 |= PTE_W;
2640         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2641                 new_l3 |= PTE_U;
2642
2643         new_l3 |= (pn << PTE_PPN0_S);
2644         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2645                 new_l3 |= PTE_SW_WIRED;
2646
2647         /*
2648          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
2649          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
2650          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
2651          */
2652         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
2653                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
2654                         new_l3 |= PTE_D;
2655         } else
2656                 new_l3 |= PTE_SW_MANAGED;
2657
2658         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2659
2660         lock = NULL;
2661         mpte = NULL;
2662         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2663         PMAP_LOCK(pmap);
2664         if (psind == 1) {
2665                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
2666                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2667                     ("pmap_enter: va %#lx unaligned", va));
2668                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
2669                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, new_l3, flags, m, &lock);
2670                 goto out;
2671         }
2672
2673         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2674         if (l2 != NULL && ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0 &&
2675             ((l2e & PTE_RWX) == 0 || pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2676             va, &lock))) {
2677                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2678                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2679                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2680                         mpte->ref_count++;
2681                 }
2682         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2683                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2684                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2685                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2686                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2687                         if (lock != NULL)
2688                                 rw_wunlock(lock);
2689                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2690                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2691                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2692                 }
2693                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2694         } else {
2695                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2696                 /* TODO: This is not optimal, but should mostly work */
2697                 if (l3 == NULL) {
2698                         if (l2 == NULL) {
2699                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2700                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2701                                     VM_ALLOC_ZERO);
2702                                 if (l2_m == NULL)
2703                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2704                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2705                                         pmap_zero_page(l2_m);
2706
2707                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2708                                 l2_pn = (l2_pa / PAGE_SIZE);
2709
2710                                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2711                                 entry = (PTE_V);
2712                                 entry |= (l2_pn << PTE_PPN0_S);
2713                                 pmap_store(l1, entry);
2714                                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), entry);
2715                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2716                         }
2717
2718                         l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2719                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2720                         if (l3_m == NULL)
2721                                 panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2722                         if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2723                                 pmap_zero_page(l3_m);
2724
2725                         l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2726                         l3_pn = (l3_pa / PAGE_SIZE);
2727                         entry = (PTE_V);
2728                         entry |= (l3_pn << PTE_PPN0_S);
2729                         pmap_store(l2, entry);
2730                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2731                 }
2732                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2733         }
2734
2735         orig_l3 = pmap_load(l3);
2736         opa = PTE_TO_PHYS(orig_l3);
2737         pv = NULL;
2738
2739         /*
2740          * Is the specified virtual address already mapped?
2741          */
2742         if ((orig_l3 & PTE_V) != 0) {
2743                 /*
2744                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2745                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2746                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2747                  * the PT page will be also.
2748                  */
2749                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2750                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) == 0)
2751                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2752                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2753                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2754                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2755
2756                 /*
2757                  * Remove the extra PT page reference.
2758                  */
2759                 if (mpte != NULL) {
2760                         mpte->ref_count--;
2761                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
2762                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2763                              " va: 0x%lx", va));
2764                 }
2765
2766                 /*
2767                  * Has the physical page changed?
2768                  */
2769                 if (opa == pa) {
2770                         /*
2771                          * No, might be a protection or wiring change.
2772                          */
2773                         if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0 &&
2774                             (new_l3 & PTE_W) != 0)
2775                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2776                         goto validate;
2777                 }
2778
2779                 /*
2780                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
2781                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
2782                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
2783                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
2784                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
2785                  * avoiding an allocation.
2786                  *
2787                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
2788                  */
2789                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
2790                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == opa,
2791                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
2792                 if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2793                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2794
2795                         /*
2796                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
2797                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
2798                          * pmap_ts_referenced().
2799                          */
2800                         if ((orig_l3 & PTE_D) != 0)
2801                                 vm_page_dirty(om);
2802                         if ((orig_l3 & PTE_A) != 0)
2803                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
2804                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
2805                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
2806                         KASSERT(pv != NULL,
2807                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
2808                         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) == 0)
2809                                 free_pv_entry(pmap, pv);
2810                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
2811                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
2812                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2813                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
2814                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
2815                 }
2816                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2817                 orig_l3 = 0;
2818         } else {
2819                 /*
2820                  * Increment the counters.
2821                  */
2822                 if ((new_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2823                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2824                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2825         }
2826         /*
2827          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2828          */
2829         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2830                 if (pv == NULL) {
2831                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2832                         pv->pv_va = va;
2833                 }
2834                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2835                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2836                 m->md.pv_gen++;
2837                 if ((new_l3 & PTE_W) != 0)
2838                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2839         }
2840
2841 validate:
2842         /*
2843          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
2844          * if the new PTE is executable.
2845          */
2846         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2847                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
2848
2849         /*
2850          * Update the L3 entry.
2851          */
2852         if (orig_l3 != 0) {
2853                 orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
2854                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2855                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == pa,
2856                     ("pmap_enter: invalid update"));
2857                 if ((orig_l3 & (PTE_D | PTE_SW_MANAGED)) ==
2858                     (PTE_D | PTE_SW_MANAGED))
2859                         vm_page_dirty(m);
2860         } else {
2861                 pmap_store(l3, new_l3);
2862         }
2863
2864 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2865         if (mpte != NULL && mpte->ref_count == Ln_ENTRIES &&
2866             pmap_ps_enabled(pmap) &&
2867             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
2868             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
2869                 pmap_promote_l2(pmap, l2, va, &lock);
2870 #endif
2871
2872         rv = KERN_SUCCESS;
2873 out:
2874         if (lock != NULL)
2875                 rw_wunlock(lock);
2876         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2877         PMAP_UNLOCK(pmap);
2878         return (rv);
2879 }
2880
2881 /*
2882  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
2883  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
2884  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
2885  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
2886  * PV entry.
2887  */
2888 static bool
2889 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2890     struct rwlock **lockp)
2891 {
2892         pd_entry_t new_l2;
2893         pn_t pn;
2894
2895         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2896
2897         pn = VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE;
2898         new_l2 = (pd_entry_t)((pn << PTE_PPN0_S) | PTE_R | PTE_V);
2899         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2900                 new_l2 |= PTE_SW_MANAGED;
2901         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
2902                 new_l2 |= PTE_X;
2903         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2904                 new_l2 |= PTE_U;
2905         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
2906             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
2907             KERN_SUCCESS);
2908 }
2909
2910 /*
2911  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
2912  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
2913  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
2914  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
2915  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
2916  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
2917  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
2918  *
2919  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
2920  */
2921 static int
2922 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
2923     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
2924 {
2925         struct spglist free;
2926         pd_entry_t *l2, *l3, oldl2;
2927         vm_offset_t sva;
2928         vm_page_t l2pg, mt;
2929
2930         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2931
2932         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
2933             NULL : lockp)) == NULL) {
2934                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2935                     va, pmap);
2936                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2937         }
2938
2939         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2940         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2941         if ((oldl2 = pmap_load(l2)) != 0) {
2942                 KASSERT(l2pg->ref_count > 1,
2943                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
2944                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
2945                         l2pg->ref_count--;
2946                         CTR2(KTR_PMAP,
2947                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2948                             va, pmap);
2949                         return (KERN_FAILURE);
2950                 }
2951                 SLIST_INIT(&free);
2952                 if ((oldl2 & PTE_RWX) != 0)
2953                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
2954                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2955                 else
2956                         for (sva = va; sva < va + L2_SIZE; sva += PAGE_SIZE) {
2957                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2958                                 if ((pmap_load(l3) & PTE_V) != 0 &&
2959                                     pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, oldl2, &free,
2960                                     lockp) != 0)
2961                                         break;
2962                         }
2963                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2964                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2965                         /*
2966                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3() will
2967                          * leave the kernel page table page zero filled.
2968                          */
2969                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2970                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
2971                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
2972                 } else
2973                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
2974                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
2975         }
2976
2977         if ((new_l2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2978                 /*
2979                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
2980                  */
2981                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
2982                         SLIST_INIT(&free);
2983                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, l2pg, &free)) {
2984                                 /*
2985                                  * Although "va" is not mapped, paging-structure
2986                                  * caches could nonetheless have entries that
2987                                  * refer to the freed page table pages.
2988                                  * Invalidate those entries.
2989                                  */
2990                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2991                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2992                         }
2993                         CTR2(KTR_PMAP,
2994                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2995                             va, pmap);
2996                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2997                 }
2998                 if ((new_l2 & PTE_W) != 0)
2999                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3000                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3001         }
3002
3003         /*
3004          * Increment counters.
3005          */
3006         if ((new_l2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
3007                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3008         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3009
3010         /*
3011          * Map the superpage.
3012          */
3013         pmap_store(l2, new_l2);
3014
3015         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3016         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3017             va, pmap);
3018
3019         return (KERN_SUCCESS);
3020 }
3021
3022 /*
3023  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3024  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3025  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3026  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3027  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3028  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3029  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3030  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3031  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3032  * corresponding offset from m_start are mapped.
3033  */
3034 void
3035 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3036     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3037 {
3038         struct rwlock *lock;
3039         vm_offset_t va;
3040         vm_page_t m, mpte;
3041         vm_pindex_t diff, psize;
3042
3043         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3044
3045         psize = atop(end - start);
3046         mpte = NULL;
3047         m = m_start;
3048         lock = NULL;
3049         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3050         PMAP_LOCK(pmap);
3051         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3052                 va = start + ptoa(diff);
3053                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3054                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3055                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3056                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3057                 else
3058                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3059                             &lock);
3060                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3061         }
3062         if (lock != NULL)
3063                 rw_wunlock(lock);
3064         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3065         PMAP_UNLOCK(pmap);
3066 }
3067
3068 /*
3069  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3070  * 1. Current pmap & pmap exists.
3071  * 2. Not wired.
3072  * 3. Read access.
3073  * 4. No page table pages.
3074  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3075  */
3076
3077 void
3078 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3079 {
3080         struct rwlock *lock;
3081
3082         lock = NULL;
3083         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3084         PMAP_LOCK(pmap);
3085         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3086         if (lock != NULL)
3087                 rw_wunlock(lock);
3088         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3089         PMAP_UNLOCK(pmap);
3090 }
3091
3092 static vm_page_t
3093 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3094     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3095 {
3096         struct spglist free;
3097         vm_paddr_t phys;
3098         pd_entry_t *l2;
3099         pt_entry_t *l3, newl3;
3100
3101         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3102             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3103             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3104         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3105         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3106
3107         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3108         /*
3109          * In the case that a page table page is not
3110          * resident, we are creating it here.
3111          */
3112         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3113                 vm_pindex_t l2pindex;
3114
3115                 /*
3116                  * Calculate pagetable page index
3117                  */
3118                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3119                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3120                         mpte->ref_count++;
3121                 } else {
3122                         /*
3123                          * Get the l2 entry
3124                          */
3125                         l2 = pmap_l2(pmap, va);
3126
3127                         /*
3128                          * If the page table page is mapped, we just increment
3129                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3130                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3131                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3132                          */
3133                         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
3134                                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
3135                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
3136                                 mpte->ref_count++;
3137                         } else {
3138                                 /*
3139                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3140                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3141                                  */
3142                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3143                                 if (mpte == NULL)
3144                                         return (mpte);
3145                         }
3146                 }
3147                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3148                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3149         } else {
3150                 mpte = NULL;
3151                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
3152         }
3153         if (l3 == NULL)
3154                 panic("pmap_enter_quick_locked: No l3");
3155         if (pmap_load(l3) != 0) {
3156                 if (mpte != NULL) {
3157                         mpte->ref_count--;
3158                         mpte = NULL;
3159                 }
3160                 return (mpte);
3161         }
3162
3163         /*
3164          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3165          */
3166         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3167             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3168                 if (mpte != NULL) {
3169                         SLIST_INIT(&free);
3170                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3171                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3172                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3173                         }
3174                         mpte = NULL;
3175                 }
3176                 return (mpte);
3177         }
3178
3179         /*
3180          * Increment counters
3181          */
3182         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3183
3184         newl3 = ((VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) |
3185             PTE_V | PTE_R;
3186         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3187                 newl3 |= PTE_X;
3188         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3189                 newl3 |= PTE_SW_MANAGED;
3190         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3191                 newl3 |= PTE_U;
3192
3193         /*
3194          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
3195          * if the new PTE is executable.
3196          */
3197         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3198                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
3199
3200         pmap_store(l3, newl3);
3201
3202         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3203         return (mpte);
3204 }
3205
3206 /*
3207  * This code maps large physical mmap regions into the
3208  * processor address space.  Note that some shortcuts
3209  * are taken, but the code works.
3210  */
3211 void
3212 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3213     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3214 {
3215
3216         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3217         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3218             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3219 }
3220
3221 /*
3222  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3223  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3224  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3225  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3226  *
3227  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3228  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3229  */
3230 void
3231 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3232 {
3233         vm_offset_t va_next;
3234         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
3235         pt_entry_t *l3, l3e;
3236         bool pv_lists_locked;
3237
3238         pv_lists_locked = false;
3239 retry:
3240         PMAP_LOCK(pmap);
3241         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3242                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
3243                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3244                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3245                         if (va_next < sva)
3246                                 va_next = eva;
3247                         continue;
3248                 }
3249
3250                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3251                 if (va_next < sva)
3252                         va_next = eva;
3253
3254                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3255                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
3256                         continue;
3257                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
3258                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3259                                 if ((l2e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3260                                         panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3261                                             "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l2e);
3262                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_SW_WIRED);
3263                                 continue;
3264                         } else {
3265                                 if (!pv_lists_locked) {
3266                                         pv_lists_locked = true;
3267                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3268                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3269                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3270                                                 /* Repeat sva. */
3271                                                 goto retry;
3272                                         }
3273                                 }
3274                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva))
3275                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
3276                         }
3277                 }
3278
3279                 if (va_next > eva)
3280                         va_next = eva;
3281                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3282                     sva += L3_SIZE) {
3283                         if ((l3e = pmap_load(l3)) == 0)
3284                                 continue;
3285                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3286                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3287                                     "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l3e);
3288
3289                         /*
3290                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3291                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3292                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3293                          */
3294                         pmap_clear_bits(l3, PTE_SW_WIRED);
3295                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3296                 }
3297         }
3298         if (pv_lists_locked)
3299                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3300         PMAP_UNLOCK(pmap);
3301 }
3302
3303 /*
3304  *      Copy the range specified by src_addr/len
3305  *      from the source map to the range dst_addr/len
3306  *      in the destination map.
3307  *
3308  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3309  */
3310
3311 void
3312 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3313     vm_offset_t src_addr)
3314 {
3315
3316 }
3317
3318 /*
3319  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3320  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3321  */
3322 void
3323 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3324 {
3325         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3326
3327         pagezero((void *)va);
3328 }
3329
3330 /*
3331  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3332  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3333  *
3334  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3335  */
3336 void
3337 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3338 {
3339         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3340
3341         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3342                 pagezero((void *)va);
3343         else
3344                 bzero((char *)va + off, size);
3345 }
3346
3347 /*
3348  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3349  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3350  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3351  *      time.
3352  */
3353 void
3354 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3355 {
3356         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3357         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3358
3359         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3360 }
3361
3362 int unmapped_buf_allowed = 1;
3363
3364 void
3365 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3366     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3367 {
3368         void *a_cp, *b_cp;
3369         vm_page_t m_a, m_b;
3370         vm_paddr_t p_a, p_b;
3371         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3372         int cnt;
3373
3374         while (xfersize > 0) {
3375                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3376                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3377                 p_a = m_a->phys_addr;
3378                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3379                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3380                 p_b = m_b->phys_addr;
3381                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3382                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3383                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3384                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3385                 } else {
3386                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3387                 }
3388                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3389                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3390                 } else {
3391                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3392                 }
3393                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3394                 a_offset += cnt;
3395                 b_offset += cnt;
3396                 xfersize -= cnt;
3397         }
3398 }
3399
3400 vm_offset_t
3401 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3402 {
3403
3404         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3405 }
3406
3407 void
3408 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3409 {
3410 }
3411
3412 /*
3413  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3414  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3415  * be changed upwards or downwards in the future; it
3416  * is only necessary that true be returned for a small
3417  * subset of pmaps for proper page aging.
3418  */
3419 boolean_t
3420 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3421 {
3422         struct md_page *pvh;
3423         struct rwlock *lock;
3424         pv_entry_t pv;
3425         int loops = 0;
3426         boolean_t rv;
3427
3428         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3429             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3430         rv = FALSE;
3431         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3432         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3433         rw_rlock(lock);
3434         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3435                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3436                         rv = TRUE;
3437                         break;
3438                 }
3439                 loops++;
3440                 if (loops >= 16)
3441                         break;
3442         }
3443         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3444                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3445                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3446                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3447                                 rv = TRUE;
3448                                 break;
3449                         }
3450                         loops++;
3451                         if (loops >= 16)
3452                                 break;
3453                 }
3454         }
3455         rw_runlock(lock);
3456         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3457         return (rv);
3458 }
3459
3460 /*
3461  *      pmap_page_wired_mappings:
3462  *
3463  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3464  *      that are wired.
3465  */
3466 int
3467 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3468 {
3469         struct md_page *pvh;
3470         struct rwlock *lock;
3471         pmap_t pmap;
3472         pd_entry_t *l2;
3473         pt_entry_t *l3;
3474         pv_entry_t pv;
3475         int count, md_gen, pvh_gen;
3476
3477         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3478                 return (0);
3479         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3480         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3481         rw_rlock(lock);
3482 restart:
3483         count = 0;
3484         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3485                 pmap = PV_PMAP(pv);
3486                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3487                         md_gen = m->md.pv_gen;
3488                         rw_runlock(lock);
3489                         PMAP_LOCK(pmap);
3490                         rw_rlock(lock);
3491                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3492                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3493                                 goto restart;
3494                         }
3495                 }
3496                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3497                 if ((pmap_load(l3) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3498                         count++;
3499                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3500         }
3501         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3502                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3503                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3504                         pmap = PV_PMAP(pv);
3505                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3506                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3507                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3508                                 rw_runlock(lock);
3509                                 PMAP_LOCK(pmap);
3510                                 rw_rlock(lock);
3511                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3512                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3513                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3514                                         goto restart;
3515                                 }
3516                         }
3517                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3518                         if ((pmap_load(l2) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3519                                 count++;
3520                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3521                 }
3522         }
3523         rw_runlock(lock);
3524         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3525         return (count);
3526 }
3527
3528 /*
3529  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
3530  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
3531  */
3532 bool
3533 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3534 {
3535         struct rwlock *lock;
3536         bool rv;
3537
3538         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3539                 return (false);
3540         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3541         rw_rlock(lock);
3542         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
3543             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3544             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
3545         rw_runlock(lock);
3546         return (rv);
3547 }
3548
3549 static void
3550 pmap_remove_pages_pv(pmap_t pmap, vm_page_t m, pv_entry_t pv,
3551     struct spglist *free, bool superpage)
3552 {
3553         struct md_page *pvh;
3554         vm_page_t mpte, mt;
3555
3556         if (superpage) {
3557                 pmap_resident_count_dec(pmap, Ln_ENTRIES);
3558                 pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3559                 TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3560                 pvh->pv_gen++;
3561                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3562                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3563                                 if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3564                                     (mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0)
3565                                         vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3566                 }
3567                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3568                 if (mpte != NULL) {
3569                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3570                             ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
3571                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3572                         KASSERT(mpte->ref_count == Ln_ENTRIES,
3573                             ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
3574                         mpte->ref_count = 0;
3575                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3576                 }
3577         } else {
3578                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3579                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3580                 m->md.pv_gen++;
3581                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3582                     (m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0) {
3583                         pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3584                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3585                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3586                 }
3587         }
3588 }
3589
3590 /*
3591  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3592  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3593  * caller.
3594  *
3595  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3596  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3597  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3598  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3599  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3600  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3601  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3602  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3603  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3604  * this function starts.
3605  */
3606 void
3607 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3608 {
3609         struct spglist free;
3610         pd_entry_t ptepde;
3611         pt_entry_t *pte, tpte;
3612         vm_page_t m, mt;
3613         pv_entry_t pv;
3614         struct pv_chunk *pc, *npc;
3615         struct rwlock *lock;
3616         int64_t bit;
3617         uint64_t inuse, bitmask;
3618         int allfree, field, freed, idx;
3619         bool superpage;
3620
3621         lock = NULL;
3622
3623         SLIST_INIT(&free);
3624         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3625         PMAP_LOCK(pmap);
3626         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3627                 allfree = 1;
3628                 freed = 0;
3629                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3630                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3631                         while (inuse != 0) {
3632                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3633                                 bitmask = 1UL << bit;
3634                                 idx = field * 64 + bit;
3635                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3636                                 inuse &= ~bitmask;
3637
3638                                 pte = pmap_l1(pmap, pv->pv_va);
3639                                 ptepde = pmap_load(pte);
3640                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, pv->pv_va);
3641                                 tpte = pmap_load(pte);
3642                                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
3643                                         superpage = true;
3644                                 } else {
3645                                         ptepde = tpte;
3646                                         pte = pmap_l2_to_l3(pte, pv->pv_va);
3647                                         tpte = pmap_load(pte);
3648                                         superpage = false;
3649                                 }
3650
3651                                 /*
3652                                  * We cannot remove wired pages from a
3653                                  * process' mapping at this time.
3654                                  */
3655                                 if (tpte & PTE_SW_WIRED) {
3656                                         allfree = 0;
3657                                         continue;
3658                                 }
3659
3660                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(tpte));
3661                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3662                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3663                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3664                                     (uintmax_t)tpte));
3665
3666                                 pmap_clear(pte);
3667
3668                                 /*
3669                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3670                                  */
3671                                 if ((tpte & (PTE_D | PTE_W)) ==
3672                                     (PTE_D | PTE_W)) {
3673                                         if (superpage)
3674                                                 for (mt = m;
3675                                                     mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3676                                                         vm_page_dirty(mt);
3677                                         else
3678                                                 vm_page_dirty(m);
3679                                 }
3680
3681                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3682
3683                                 /* Mark free */
3684                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3685
3686                                 pmap_remove_pages_pv(pmap, m, pv, &free,
3687                                     superpage);
3688                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
3689                                 freed++;
3690                         }
3691                 }
3692                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3693                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3694                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3695                 if (allfree) {
3696                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3697                         free_pv_chunk(pc);
3698                 }
3699         }
3700         if (lock != NULL)
3701                 rw_wunlock(lock);
3702         pmap_invalidate_all(pmap);
3703         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3704         PMAP_UNLOCK(pmap);
3705         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3706 }
3707
3708 static bool
3709 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3710 {
3711         struct md_page *pvh;
3712         struct rwlock *lock;
3713         pd_entry_t *l2;
3714         pt_entry_t *l3, mask;
3715         pv_entry_t pv;
3716         pmap_t pmap;
3717         int md_gen, pvh_gen;
3718         bool rv;
3719
3720         mask = 0;
3721         if (modified)
3722                 mask |= PTE_D;
3723         if (accessed)
3724                 mask |= PTE_A;
3725
3726         rv = FALSE;
3727         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3728         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3729         rw_rlock(lock);
3730 restart:
3731         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3732                 pmap = PV_PMAP(pv);
3733                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3734                         md_gen = m->md.pv_gen;
3735                         rw_runlock(lock);
3736                         PMAP_LOCK(pmap);
3737                         rw_rlock(lock);
3738                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3739                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3740                                 goto restart;
3741                         }
3742                 }
3743                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3744                 rv = (pmap_load(l3) & mask) == mask;
3745                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3746                 if (rv)
3747                         goto out;
3748         }
3749         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3750                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3751                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3752                         pmap = PV_PMAP(pv);
3753                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3754                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3755                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3756                                 rw_runlock(lock);
3757                                 PMAP_LOCK(pmap);
3758                                 rw_rlock(lock);
3759                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3760                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3761                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3762                                         goto restart;
3763                                 }
3764                         }
3765                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3766                         rv = (pmap_load(l2) & mask) == mask;
3767                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3768                         if (rv)
3769                                 goto out;
3770                 }
3771         }
3772 out:
3773         rw_runlock(lock);
3774         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3775         return (rv);
3776 }
3777
3778 /*
3779  *      pmap_is_modified:
3780  *
3781  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3782  *      in any physical maps.
3783  */
3784 boolean_t
3785 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3786 {
3787
3788         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3789             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3790
3791         /*
3792          * If the page is not busied then this check is racy.
3793          */
3794         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3795                 return (FALSE);
3796         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3797 }
3798
3799 /*
3800  *      pmap_is_prefaultable:
3801  *
3802  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3803  *      for prefault.
3804  */
3805 boolean_t
3806 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3807 {
3808         pt_entry_t *l3;
3809         boolean_t rv;
3810
3811         rv = FALSE;
3812         PMAP_LOCK(pmap);
3813         l3 = pmap_l3(pmap, addr);
3814         if (l3 != NULL && pmap_load(l3) != 0) {
3815                 rv = TRUE;
3816         }
3817         PMAP_UNLOCK(pmap);
3818         return (rv);
3819 }
3820
3821 /*
3822  *      pmap_is_referenced:
3823  *
3824  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3825  *      in any physical maps.
3826  */
3827 boolean_t
3828 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3829 {
3830
3831         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3832             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3833         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3834 }
3835
3836 /*
3837  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3838  */
3839 void
3840 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3841 {
3842         struct md_page *pvh;
3843         struct rwlock *lock;
3844         pmap_t pmap;
3845         pd_entry_t *l2;
3846         pt_entry_t *l3, oldl3, newl3;
3847         pv_entry_t next_pv, pv;
3848         vm_offset_t va;
3849         int md_gen, pvh_gen;
3850
3851         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3852             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3853         vm_page_assert_busied(m);
3854
3855         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3856                 return;
3857         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3858         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3859             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3860         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3861 retry_pv_loop:
3862         rw_wlock(lock);
3863         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3864                 pmap = PV_PMAP(pv);
3865                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3866                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3867                         rw_wunlock(lock);
3868                         PMAP_LOCK(pmap);
3869                         rw_wlock(lock);
3870                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3871                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3872                                 rw_wunlock(lock);
3873                                 goto retry_pv_loop;
3874                         }
3875                 }
3876                 va = pv->pv_va;
3877                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3878                 if ((pmap_load(l2) & PTE_W) != 0)
3879                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
3880                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3881                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3882                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3883                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3884         }
3885         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3886                 pmap = PV_PMAP(pv);
3887                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3888                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3889                         md_gen = m->md.pv_gen;
3890                         rw_wunlock(lock);
3891                         PMAP_LOCK(pmap);
3892                         rw_wlock(lock);
3893                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3894                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3895                                 rw_wunlock(lock);
3896                                 goto retry_pv_loop;
3897                         }
3898                 }
3899                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3900                 oldl3 = pmap_load(l3);
3901 retry:
3902                 if ((oldl3 & PTE_W) != 0) {
3903                         newl3 = oldl3 & ~(PTE_D | PTE_W);
3904                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3, newl3))
3905                                 goto retry;
3906                         if ((oldl3 & PTE_D) != 0)
3907                                 vm_page_dirty(m);
3908                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3909                 }
3910                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3911         }
3912         rw_wunlock(lock);
3913         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3914         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3915 }
3916
3917 /*
3918  *      pmap_ts_referenced:
3919  *
3920  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3921  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3922  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3923  *      reference bits set.
3924  *
3925  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3926  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3927  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3928  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3929  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3930  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3931  *      to pmap_is_modified().
3932  */
3933 int
3934 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3935 {
3936         struct spglist free;
3937         struct md_page *pvh;
3938         struct rwlock *lock;
3939         pv_entry_t pv, pvf;
3940         pmap_t pmap;
3941         pd_entry_t *l2, l2e;
3942         pt_entry_t *l3, l3e;
3943         vm_paddr_t pa;
3944         vm_offset_t va;
3945         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
3946
3947         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3948             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
3949         SLIST_INIT(&free);
3950         cleared = 0;
3951         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3952         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
3953
3954         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
3955         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3956         rw_wlock(lock);
3957 retry:
3958         not_cleared = 0;
3959         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
3960                 goto small_mappings;
3961         pv = pvf;
3962         do {
3963                 pmap = PV_PMAP(pv);
3964                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3965                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3966                         rw_wunlock(lock);
3967                         PMAP_LOCK(pmap);
3968                         rw_wlock(lock);
3969                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3970                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3971                                 goto retry;
3972                         }
3973                 }
3974                 va = pv->pv_va;
3975                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3976                 l2e = pmap_load(l2);
3977                 if ((l2e & (PTE_W | PTE_D)) == (PTE_W | PTE_D)) {
3978                         /*
3979                          * Although l2e is mapping a 2MB page, because
3980                          * this function is called at a 4KB page granularity,
3981                          * we only update the 4KB page under test.
3982                          */
3983                         vm_page_dirty(m);
3984                 }
3985                 if ((l2e & PTE_A) != 0) {
3986                         /*
3987                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
3988                          * pages, it should not be cleared every time it is
3989                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
3990                          * physical page number, the virtual superpage number,
3991                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
3992                          * the 512 on which testing the reference bit will
3993                          * result in clearing that reference bit.  This
3994                          * function is designed to avoid the selection of the
3995                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
3996                          *
3997                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
3998                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
3999                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4000                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4001                          * since the superpage is wired, the current state of
4002                          * its reference bit won't affect page replacement.
4003                          */
4004                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4005                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4006                             (l2e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4007                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_A);
4008                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4009                                 cleared++;
4010                         } else
4011                                 not_cleared++;
4012                 }
4013                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4014                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4015                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4016                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4017                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4018                         pvh->pv_gen++;
4019                 }
4020                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4021                         goto out;
4022         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4023 small_mappings:
4024         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4025                 goto out;
4026         pv = pvf;
4027         do {
4028                 pmap = PV_PMAP(pv);
4029                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4030                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4031                         md_gen = m->md.pv_gen;
4032                         rw_wunlock(lock);
4033                         PMAP_LOCK(pmap);
4034                         rw_wlock(lock);
4035                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4036                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4037                                 goto retry;
4038                         }
4039                 }
4040                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4041
4042                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RX) == 0,
4043                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4044
4045                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4046                 l3e = pmap_load(l3);
4047                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
4048                         vm_page_dirty(m);
4049                 if ((l3e & PTE_A) != 0) {
4050                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4051                                 /*
4052                                  * Wired pages cannot be paged out so
4053                                  * doing accessed bit emulation for
4054                                  * them is wasted effort. We do the
4055                                  * hard work for unwired pages only.
4056                                  */
4057                                 pmap_clear_bits(l3, PTE_A);
4058                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4059                                 cleared++;
4060                         } else
4061                                 not_cleared++;
4062                 }
4063                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4064                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4065                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4066                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4067                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4068                         m->md.pv_gen++;
4069                 }
4070         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4071             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4072 out:
4073         rw_wunlock(lock);
4074         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4075         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4076         return (cleared + not_cleared);
4077 }
4078
4079 /*
4080  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4081  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4082  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4083  */
4084 void
4085 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4086 {
4087 }
4088
4089 /*
4090  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4091  */
4092 void
4093 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4094 {
4095         struct md_page *pvh;
4096         struct rwlock *lock;
4097         pmap_t pmap;
4098         pv_entry_t next_pv, pv;
4099         pd_entry_t *l2, oldl2;
4100         pt_entry_t *l3;
4101         vm_offset_t va;
4102         int md_gen, pvh_gen;
4103
4104         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4105             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4106         vm_page_assert_busied(m);
4107
4108         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4109                 return;
4110
4111         /*
4112          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4113          * If the object containing the page is locked and the page is not
4114          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4115          */
4116         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4117                 return;
4118         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4119             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4120         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4121         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4122         rw_wlock(lock);
4123 restart:
4124         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4125                 pmap = PV_PMAP(pv);
4126                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4127                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4128                         rw_wunlock(lock);
4129                         PMAP_LOCK(pmap);
4130                         rw_wlock(lock);
4131                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4132                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4133                                 goto restart;
4134                         }
4135                 }
4136                 va = pv->pv_va;
4137                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4138                 oldl2 = pmap_load(l2);
4139                 /* If oldl2 has PTE_W set, then it also has PTE_D set. */
4140                 if ((oldl2 & PTE_W) != 0 &&
4141                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
4142                     (oldl2 & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4143                         /*
4144                          * Write protect the mapping to a single page so that
4145                          * a subsequent write access may repromote.
4146                          */
4147                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - PTE_TO_PHYS(oldl2);
4148                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4149                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4150                         vm_page_dirty(m);
4151                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4152                 }
4153                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4154         }
4155         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4156                 pmap = PV_PMAP(pv);
4157                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4158                         md_gen = m->md.pv_gen;
4159                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4160                         rw_wunlock(lock);
4161                         PMAP_LOCK(pmap);
4162                         rw_wlock(lock);
4163                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4164                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4165                                 goto restart;
4166                         }
4167                 }
4168                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4169                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
4170                     ("pmap_clear_modify: found a 2mpage in page %p's pv list",
4171                     m));
4172                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4173                 if ((pmap_load(l3) & (PTE_D | PTE_W)) == (PTE_D | PTE_W)) {
4174                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4175                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4176                 }
4177                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4178         }
4179         rw_wunlock(lock);
4180         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4181 }
4182
4183 void *
4184 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4185 {
4186
4187         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4188 }
4189
4190 void
4191 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4192 {
4193 }
4194
4195 /*
4196  * Sets the memory attribute for the specified page.
4197  */
4198 void
4199 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4200 {
4201
4202         m->md.pv_memattr = ma;
4203 }
4204
4205 /*
4206  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
4207  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
4208  * find other mappings.
4209  */
4210 int
4211 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
4212 {
4213         pt_entry_t *l2, *l3, tpte;
4214         vm_paddr_t pa;
4215         int val;
4216         bool managed;
4217
4218         PMAP_LOCK(pmap);
4219         l2 = pmap_l2(pmap, addr);
4220         if (l2 != NULL && ((tpte = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0) {
4221                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
4222                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L2_OFFSET);
4223                         val = MINCORE_INCORE | MINCORE_SUPER;
4224                 } else {
4225                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, addr);
4226                         tpte = pmap_load(l3);
4227                         if ((tpte & PTE_V) == 0) {
4228                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4229                                 return (0);
4230                         }
4231                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L3_OFFSET);
4232                         val = MINCORE_INCORE;
4233                 }
4234
4235                 if ((tpte & PTE_D) != 0)
4236                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4237                 if ((tpte & PTE_A) != 0)
4238                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4239                 managed = (tpte & PTE_SW_MANAGED) == PTE_SW_MANAGED;
4240         } else {
4241                 managed = false;
4242                 val = 0;
4243         }
4244         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4245             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4246                 *pap = pa;
4247         }
4248         PMAP_UNLOCK(pmap);
4249         return (val);
4250 }
4251
4252 void
4253 pmap_activate_sw(struct thread *td)
4254 {
4255         pmap_t oldpmap, pmap;
4256         u_int hart;
4257
4258         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4259         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4260         if (pmap == oldpmap)
4261                 return;
4262         load_satp(pmap->pm_satp);
4263
4264         hart = PCPU_GET(hart);
4265 #ifdef SMP
4266         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4267         CPU_CLR_ATOMIC(hart, &oldpmap->pm_active);
4268 #else
4269         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4270         CPU_CLR(hart, &oldpmap->pm_active);
4271 #endif
4272         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4273
4274         sfence_vma();
4275 }
4276
4277 void
4278 pmap_activate(struct thread *td)
4279 {
4280
4281         critical_enter();
4282         pmap_activate_sw(td);
4283         critical_exit();
4284 }
4285
4286 void
4287 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
4288 {
4289         u_int hart;
4290
4291         hart = PCPU_GET(hart);
4292 #ifdef SMP
4293         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4294 #else
4295         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4296 #endif
4297         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4298 }
4299
4300 void
4301 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4302 {
4303         cpuset_t mask;
4304
4305         /*
4306          * From the RISC-V User-Level ISA V2.2:
4307          *
4308          * "To make a store to instruction memory visible to all
4309          * RISC-V harts, the writing hart has to execute a data FENCE
4310          * before requesting that all remote RISC-V harts execute a
4311          * FENCE.I."
4312          *
4313          * However, this is slightly misleading; we still need to
4314          * perform a FENCE.I for the local hart, as FENCE does nothing
4315          * for its icache. FENCE.I alone is also sufficient for the
4316          * local hart.
4317          */
4318         sched_pin();
4319         mask = all_harts;
4320         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
4321         fence_i();
4322         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started) {
4323                 fence();
4324                 sbi_remote_fence_i(mask.__bits);
4325         }
4326         sched_unpin();
4327 }
4328
4329 /*
4330  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4331  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4332  */
4333 void
4334 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4335     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4336 {
4337         vm_offset_t superpage_offset;
4338
4339         if (size < L2_SIZE)
4340                 return;
4341         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4342                 offset += ptoa(object->pg_color);
4343         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4344         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4345             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4346                 return;
4347         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4348                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4349         else
4350                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4351 }
4352
4353 /**
4354  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4355  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4356  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4357  *
4358  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4359  *                    address on the kernel memory map.
4360  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4361  *                    of the pages passed in the page parameter.
4362  * \param count       Number of pages passed in.
4363  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4364  *                    page faults, FALSE otherwise.
4365  *
4366  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4367  *          finished or FALSE otherwise.
4368  *
4369  */
4370 boolean_t
4371 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4372     boolean_t can_fault)
4373 {
4374         vm_paddr_t paddr;
4375         boolean_t needs_mapping;
4376         int error, i;
4377
4378         /*
4379          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4380          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4381          */
4382         needs_mapping = FALSE;
4383         for (i = 0; i < count; i++) {
4384                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4385                 if (__predict_false(paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR)) {
4386                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4387                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4388                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4389                         needs_mapping = TRUE;
4390                 } else {
4391                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4392                 }
4393         }
4394
4395         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4396         if (!needs_mapping)
4397                 return (FALSE);
4398
4399         if (!can_fault)
4400                 sched_pin();
4401         for (i = 0; i < count; i++) {
4402                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4403                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4404                         panic(
4405                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4406                 }
4407         }
4408
4409         return (needs_mapping);
4410 }
4411
4412 void
4413 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4414     boolean_t can_fault)
4415 {
4416         vm_paddr_t paddr;
4417         int i;
4418
4419         if (!can_fault)
4420                 sched_unpin();
4421         for (i = 0; i < count; i++) {
4422                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4423                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4424                         panic("RISCVTODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4425                 }
4426         }
4427 }
4428
4429 boolean_t
4430 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
4431 {
4432
4433         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
4434 }
4435
4436 bool
4437 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l1, pd_entry_t **l2,
4438     pt_entry_t **l3)
4439 {
4440         pd_entry_t *l1p, *l2p;
4441
4442         /* Get l1 directory entry. */
4443         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4444         *l1 = l1p;
4445
4446         if (l1p == NULL || (pmap_load(l1p) & PTE_V) == 0)
4447                 return (false);
4448
4449         if ((pmap_load(l1p) & PTE_RX) != 0) {
4450                 *l2 = NULL;
4451                 *l3 = NULL;
4452                 return (true);
4453         }
4454
4455         /* Get l2 directory entry. */
4456         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
4457         *l2 = l2p;
4458
4459         if (l2p == NULL || (pmap_load(l2p) & PTE_V) == 0)
4460                 return (false);
4461
4462         if ((pmap_load(l2p) & PTE_RX) != 0) {
4463                 *l3 = NULL;
4464                 return (true);
4465         }
4466
4467         /* Get l3 page table entry. */
4468         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
4469
4470         return (true);
4471 }
4472
4473 /*
4474  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
4475  * in various mapping attributes.
4476  */
4477 struct pmap_kernel_map_range {
4478         vm_offset_t sva;
4479         pt_entry_t attrs;
4480         int l3pages;
4481         int l2pages;
4482         int l1pages;
4483 };
4484
4485 static void
4486 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4487     vm_offset_t eva)
4488 {
4489
4490         if (eva <= range->sva)
4491                 return;
4492
4493         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %d %d %d\n",
4494             range->sva, eva,
4495             (range->attrs & PTE_W) == PTE_W ? 'w' : '-',
4496             (range->attrs & PTE_X) == PTE_X ? 'x' : '-',
4497             (range->attrs & PTE_U) == PTE_U ? 'u' : 's',
4498             (range->attrs & PTE_G) == PTE_G ? 'g' : '-',
4499             range->l1pages, range->l2pages, range->l3pages);
4500
4501         /* Reset to sentinel value. */
4502         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
4503 }
4504
4505 /*
4506  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
4507  * being tracked by the current range.
4508  */
4509 static bool
4510 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
4511 {
4512
4513         return (range->attrs == attrs);
4514 }
4515
4516 static void
4517 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
4518     pt_entry_t attrs)
4519 {
4520
4521         memset(range, 0, sizeof(*range));
4522         range->sva = va;
4523         range->attrs = attrs;
4524 }
4525
4526 /*
4527  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes. If they do not match
4528  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
4529  * begin a new run.
4530  */
4531 static void
4532 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4533     vm_offset_t va, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e, pt_entry_t l3e)
4534 {
4535         pt_entry_t attrs;
4536
4537         /* The PTE global bit is inherited by lower levels. */
4538         attrs = l1e & PTE_G;
4539         if ((l1e & PTE_RWX) != 0)
4540                 attrs |= l1e & (PTE_RWX | PTE_U);
4541         else if (l2e != 0)
4542                 attrs |= l2e & PTE_G;
4543         if ((l2e & PTE_RWX) != 0)
4544                 attrs |= l2e & (PTE_RWX | PTE_U);
4545         else if (l3e != 0)
4546                 attrs |= l3e & (PTE_RWX | PTE_U | PTE_G);
4547
4548         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
4549                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
4550                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
4551         }
4552 }
4553
4554 static int
4555 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4556 {
4557         struct pmap_kernel_map_range range;
4558         struct sbuf sbuf, *sb;
4559         pd_entry_t l1e, *l2, l2e;
4560         pt_entry_t *l3, l3e;
4561         vm_offset_t sva;
4562         vm_paddr_t pa;
4563         int error, i, j, k;
4564
4565         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4566         if (error != 0)
4567                 return (error);
4568         sb = &sbuf;
4569         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
4570
4571         /* Sentinel value. */
4572         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
4573
4574         /*
4575          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
4576          * lock. Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
4577          * observe inconsistencies in the output.
4578          */
4579         sva = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4580         for (i = pmap_l1_index(sva); i < Ln_ENTRIES; i++) {
4581                 if (i == pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
4582                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
4583                 else if (i == pmap_l1_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
4584                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
4585
4586                 l1e = kernel_pmap->pm_l1[i];
4587                 if ((l1e & PTE_V) == 0) {
4588                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4589                         sva += L1_SIZE;
4590                         continue;
4591                 }
4592                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4593                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, 0, 0);
4594                         range.l1pages++;
4595                         sva += L1_SIZE;
4596                         continue;
4597                 }
4598                 pa = PTE_TO_PHYS(l1e);
4599                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4600
4601                 for (j = pmap_l2_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4602                         l2e = l2[j];
4603                         if ((l2e & PTE_V) == 0) {
4604                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4605                                 sva += L2_SIZE;
4606                                 continue;
4607                         }
4608                         if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4609                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, l2e, 0);
4610                                 range.l2pages++;
4611                                 sva += L2_SIZE;
4612                                 continue;
4613                         }
4614                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
4615                         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4616
4617                         for (k = pmap_l3_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++,
4618                             sva += L3_SIZE) {
4619                                 l3e = l3[k];
4620                                 if ((l3e & PTE_V) == 0) {
4621                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4622                                         continue;
4623                                 }
4624                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
4625                                     l1e, l2e, l3e);
4626                                 range.l3pages++;
4627                         }
4628                 }
4629         }
4630
4631         error = sbuf_finish(sb);
4632         sbuf_delete(sb);
4633         return (error);
4634 }
4635 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
4636     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4637     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
4638     "Dump kernel address layout");