]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/riscv/riscv/pmap.c
MFV 364467:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / riscv / riscv / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
15  * All rights reserved.
16  * Copyright (c) 2014 The FreeBSD Foundation
17  * All rights reserved.
18  * Copyright (c) 2015-2018 Ruslan Bukin <br@bsdpad.com>
19  * All rights reserved.
20  *
21  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
22  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
23  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
24  *
25  * Portions of this software were developed by Andrew Turner under
26  * sponsorship from The FreeBSD Foundation.
27  *
28  * Portions of this software were developed by SRI International and the
29  * University of Cambridge Computer Laboratory under DARPA/AFRL contract
30  * FA8750-10-C-0237 ("CTSRD"), as part of the DARPA CRASH research programme.
31  *
32  * Portions of this software were developed by the University of Cambridge
33  * Computer Laboratory as part of the CTSRD Project, with support from the
34  * UK Higher Education Innovation Fund (HEIF).
35  *
36  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
37  * modification, are permitted provided that the following conditions
38  * are met:
39  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
40  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
41  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
42  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
43  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
44  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
45  *    must display the following acknowledgement:
46  *      This product includes software developed by the University of
47  *      California, Berkeley and its contributors.
48  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
49  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
50  *    without specific prior written permission.
51  *
52  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
53  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
54  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
55  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
56  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
57  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
58  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
59  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
60  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
61  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
62  * SUCH DAMAGE.
63  *
64  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
65  */
66 /*-
67  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
68  * All rights reserved.
69  *
70  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
71  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
72  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
73  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
74  * CHATS research program.
75  *
76  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
77  * modification, are permitted provided that the following conditions
78  * are met:
79  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
80  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
81  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
82  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
83  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
84  *
85  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
86  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
87  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
88  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
89  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
90  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
91  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
92  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
93  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
94  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
95  * SUCH DAMAGE.
96  */
97
98 #include <sys/cdefs.h>
99 __FBSDID("$FreeBSD$");
100
101 /*
102  *      Manages physical address maps.
103  *
104  *      Since the information managed by this module is
105  *      also stored by the logical address mapping module,
106  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
107  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
108  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
109  *      requested.
110  *
111  *      In order to cope with hardware architectures which
112  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
113  *      this module may delay invalidate or reduced protection
114  *      operations until such time as they are actually
115  *      necessary.  This module is given full information as
116  *      to which processors are currently using which maps,
117  *      and to when physical maps must be made correct.
118  */
119
120 #include <sys/param.h>
121 #include <sys/systm.h>
122 #include <sys/bitstring.h>
123 #include <sys/bus.h>
124 #include <sys/cpuset.h>
125 #include <sys/kernel.h>
126 #include <sys/ktr.h>
127 #include <sys/lock.h>
128 #include <sys/malloc.h>
129 #include <sys/mman.h>
130 #include <sys/msgbuf.h>
131 #include <sys/mutex.h>
132 #include <sys/physmem.h>
133 #include <sys/proc.h>
134 #include <sys/rwlock.h>
135 #include <sys/sbuf.h>
136 #include <sys/sx.h>
137 #include <sys/vmem.h>
138 #include <sys/vmmeter.h>
139 #include <sys/sched.h>
140 #include <sys/sysctl.h>
141 #include <sys/smp.h>
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/uma.h>
156
157 #include <machine/machdep.h>
158 #include <machine/md_var.h>
159 #include <machine/pcb.h>
160 #include <machine/sbi.h>
161
162 #define NUL1E           (Ln_ENTRIES * Ln_ENTRIES)
163 #define NUL2E           (Ln_ENTRIES * NUL1E)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
185
186 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
187                         (&pv_list_locks[pmap_l2_pindex(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
188
189 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
190         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
191         struct rwlock *_new_lock;                       \
192                                                         \
193         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
194         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
195                 if (*_lockp != NULL)                    \
196                         rw_wunlock(*_lockp);            \
197                 *_lockp = _new_lock;                    \
198                 rw_wlock(*_lockp);                      \
199         }                                               \
200 } while (0)
201
202 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
203                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
204
205 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
206         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
207                                                         \
208         if (*_lockp != NULL) {                          \
209                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
210                 *_lockp = NULL;                         \
211         }                                               \
212 } while (0)
213
214 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
215                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
216
217 /* The list of all the user pmaps */
218 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
219 static struct pmaplist allpmaps = LIST_HEAD_INITIALIZER();
220
221 struct pmap kernel_pmap_store;
222
223 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
224 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
225 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
226
227 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
228 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
229 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
230
231 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
232 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
233 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
234
235 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
236 static struct mtx_padalign allpmaps_lock;
237
238 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
239     "VM/pmap parameters");
240
241 static int superpages_enabled = 1;
242 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
243     CTLFLAG_RDTUN, &superpages_enabled, 0,
244     "Enable support for transparent superpages");
245
246 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
247     "2MB page mapping counters");
248
249 static u_long pmap_l2_demotions;
250 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
251     &pmap_l2_demotions, 0,
252     "2MB page demotions");
253
254 static u_long pmap_l2_mappings;
255 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
256     &pmap_l2_mappings, 0,
257     "2MB page mappings");
258
259 static u_long pmap_l2_p_failures;
260 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
261     &pmap_l2_p_failures, 0,
262     "2MB page promotion failures");
263
264 static u_long pmap_l2_promotions;
265 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
266     &pmap_l2_promotions, 0,
267     "2MB page promotions");
268
269 /*
270  * Data for the pv entry allocation mechanism
271  */
272 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
273 static struct mtx pv_chunks_mutex;
274 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
275 static struct md_page *pv_table;
276 static struct md_page pv_dummy;
277
278 extern cpuset_t all_harts;
279
280 /*
281  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
282  */
283 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
284 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
285
286 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
287 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
288 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
289 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
290 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
291 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
292                     vm_offset_t va);
293 static bool     pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va);
294 static bool     pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2,
295                     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
296 static int      pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
297                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
298 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
299     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
300 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
301     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
302 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
303     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
304
305 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
306                 struct rwlock **lockp);
307
308 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
309     struct spglist *free);
310 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
311
312 #define pmap_clear(pte)                 pmap_store(pte, 0)
313 #define pmap_clear_bits(pte, bits)      atomic_clear_64(pte, bits)
314 #define pmap_load_store(pte, entry)     atomic_swap_64(pte, entry)
315 #define pmap_load_clear(pte)            pmap_load_store(pte, 0)
316 #define pmap_load(pte)                  atomic_load_64(pte)
317 #define pmap_store(pte, entry)          atomic_store_64(pte, entry)
318 #define pmap_store_bits(pte, bits)      atomic_set_64(pte, bits)
319
320 /********************/
321 /* Inline functions */
322 /********************/
323
324 static __inline void
325 pagecopy(void *s, void *d)
326 {
327
328         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
329 }
330
331 static __inline void
332 pagezero(void *p)
333 {
334
335         bzero(p, PAGE_SIZE);
336 }
337
338 #define pmap_l1_index(va)       (((va) >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
339 #define pmap_l2_index(va)       (((va) >> L2_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
340 #define pmap_l3_index(va)       (((va) >> L3_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
341
342 #define PTE_TO_PHYS(pte) \
343     ((((pte) & ~PTE_HI_MASK) >> PTE_PPN0_S) * PAGE_SIZE)
344
345 static __inline pd_entry_t *
346 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
347 {
348
349         return (&pmap->pm_l1[pmap_l1_index(va)]);
350 }
351
352 static __inline pd_entry_t *
353 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
354 {
355         vm_paddr_t phys;
356         pd_entry_t *l2;
357
358         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
359         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
360
361         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
362 }
363
364 static __inline pd_entry_t *
365 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
366 {
367         pd_entry_t *l1;
368
369         l1 = pmap_l1(pmap, va);
370         if ((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0)
371                 return (NULL);
372         if ((pmap_load(l1) & PTE_RX) != 0)
373                 return (NULL);
374
375         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
376 }
377
378 static __inline pt_entry_t *
379 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
380 {
381         vm_paddr_t phys;
382         pt_entry_t *l3;
383
384         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
385         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
386
387         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
388 }
389
390 static __inline pt_entry_t *
391 pmap_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
392 {
393         pd_entry_t *l2;
394
395         l2 = pmap_l2(pmap, va);
396         if (l2 == NULL)
397                 return (NULL);
398         if ((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0)
399                 return (NULL);
400         if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0)
401                 return (NULL);
402
403         return (pmap_l2_to_l3(l2, va));
404 }
405
406 static __inline void
407 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
408 {
409
410         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
411         pmap->pm_stats.resident_count += count;
412 }
413
414 static __inline void
415 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
416 {
417
418         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
419         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
420             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
421             pmap->pm_stats.resident_count, count));
422         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
423 }
424
425 static void
426 pmap_distribute_l1(struct pmap *pmap, vm_pindex_t l1index,
427     pt_entry_t entry)
428 {
429         struct pmap *user_pmap;
430         pd_entry_t *l1;
431
432         /* Distribute new kernel L1 entry to all the user pmaps */
433         if (pmap != kernel_pmap)
434                 return;
435
436         mtx_lock(&allpmaps_lock);
437         LIST_FOREACH(user_pmap, &allpmaps, pm_list) {
438                 l1 = &user_pmap->pm_l1[l1index];
439                 pmap_store(l1, entry);
440         }
441         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
442 }
443
444 static pt_entry_t *
445 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
446     u_int *l2_slot)
447 {
448         pt_entry_t *l2;
449         pd_entry_t *l1;
450
451         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
452         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
453
454         /* Check locore has used a table L1 map */
455         KASSERT((l1[*l1_slot] & PTE_RX) == 0,
456                 ("Invalid bootstrap L1 table"));
457
458         /* Find the address of the L2 table */
459         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
460         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
461
462         return (l2);
463 }
464
465 static vm_paddr_t
466 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
467 {
468         u_int l1_slot, l2_slot;
469         pt_entry_t *l2;
470         vm_paddr_t ret;
471
472         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
473
474         /* Check locore has used L2 superpages */
475         KASSERT((l2[l2_slot] & PTE_RX) != 0,
476                 ("Invalid bootstrap L2 table"));
477
478         /* L2 is superpages */
479         ret = (l2[l2_slot] >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
480         ret += (va & L2_OFFSET);
481
482         return (ret);
483 }
484
485 static void
486 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
487 {
488         vm_offset_t va;
489         vm_paddr_t pa;
490         pd_entry_t *l1;
491         u_int l1_slot;
492         pt_entry_t entry;
493         pn_t pn;
494
495         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
496         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
497         l1 = (pd_entry_t *)kern_l1;
498         l1_slot = pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS);
499
500         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
501             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
502                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
503
504                 /* superpages */
505                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
506                 entry = PTE_KERN;
507                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
508                 pmap_store(&l1[l1_slot], entry);
509         }
510
511         /* Set the upper limit of the DMAP region */
512         dmap_phys_max = pa;
513         dmap_max_addr = va;
514
515         sfence_vma();
516 }
517
518 static vm_offset_t
519 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
520 {
521         vm_offset_t l3pt;
522         pt_entry_t entry;
523         pd_entry_t *l2;
524         vm_paddr_t pa;
525         u_int l2_slot;
526         pn_t pn;
527
528         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
529
530         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
531         l2 = (pd_entry_t *)((uintptr_t)l2 & ~(PAGE_SIZE - 1));
532         l2_slot = pmap_l2_index(va);
533         l3pt = l3_start;
534
535         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
536                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
537
538                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
539                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
540                 entry = (PTE_V);
541                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
542                 pmap_store(&l2[l2_slot], entry);
543                 l3pt += PAGE_SIZE;
544         }
545
546
547         /* Clean the L2 page table */
548         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
549
550         return (l3pt);
551 }
552
553 /*
554  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
555  */
556 void
557 pmap_bootstrap(vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
558 {
559         u_int l1_slot, l2_slot;
560         vm_offset_t freemempos;
561         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
562         vm_paddr_t max_pa, min_pa, pa;
563         pt_entry_t *l2p;
564         int i;
565
566         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
567
568         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
569         kernel_pmap_store.pm_l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
570         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
571
572         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
573
574         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
575
576         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address. */
577         min_pa = max_pa = kernstart;
578
579         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
580         physmap_idx /= 2;
581
582         /*
583          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
584          * but may contain empty ranges.
585          */
586         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
587                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
588                         continue;
589                 if (physmap[i] <= min_pa)
590                         min_pa = physmap[i];
591                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
592                         max_pa = physmap[i + 1];
593         }
594         printf("physmap_idx %lx\n", physmap_idx);
595         printf("min_pa %lx\n", min_pa);
596         printf("max_pa %lx\n", max_pa);
597
598         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
599         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
600
601         /*
602          * Read the page table to find out what is already mapped.
603          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
604          * using a single L1 entry.
605          */
606         (void)pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
607
608         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
609         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
610
611         freemempos = roundup2(KERNBASE + kernlen, PAGE_SIZE);
612
613         /* Create the l3 tables for the early devmap */
614         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
615             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
616
617         /*
618          * Invalidate the mapping we created for the DTB. At this point a copy
619          * has been created, and we no longer need it. We want to avoid the
620          * possibility of an aliased mapping in the future.
621          */
622         l2p = pmap_l2(kernel_pmap, VM_EARLY_DTB_ADDRESS);
623         if ((pmap_load(l2p) & PTE_V) != 0)
624                 pmap_clear(l2p);
625
626         sfence_vma();
627
628 #define alloc_pages(var, np)                                            \
629         (var) = freemempos;                                             \
630         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
631         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
632
633         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
634         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
635         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
636
637         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
638         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
639         msgbufp = (void *)msgbufpv;
640
641         virtual_avail = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
642         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
643         kernel_vm_end = virtual_avail;
644         
645         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
646
647         physmem_exclude_region(kernstart, pa - kernstart, EXFLAG_NOALLOC);
648 }
649
650 /*
651  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
652  */
653 void
654 pmap_page_init(vm_page_t m)
655 {
656
657         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
658         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
659 }
660
661 /*
662  *      Initialize the pmap module.
663  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
664  *      system needs to map virtual memory.
665  */
666 void
667 pmap_init(void)
668 {
669         vm_size_t s;
670         int i, pv_npg;
671
672         /*
673          * Initialize the pv chunk and pmap list mutexes.
674          */
675         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
676         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_DEF);
677
678         /*
679          * Initialize the pool of pv list locks.
680          */
681         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
682                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
683
684         /*
685          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
686          */
687         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
688
689         /*
690          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
691          */
692         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
693         s = round_page(s);
694         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
695         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
696                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
697         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
698
699         if (superpages_enabled)
700                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
701 }
702
703 #ifdef SMP
704 /*
705  * For SMP, these functions have to use IPIs for coherence.
706  *
707  * In general, the calling thread uses a plain fence to order the
708  * writes to the page tables before invoking an SBI callback to invoke
709  * sfence_vma() on remote CPUs.
710  */
711 static void
712 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
713 {
714         cpuset_t mask;
715
716         sched_pin();
717         mask = pmap->pm_active;
718         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
719         fence();
720         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
721                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, va, 1);
722         sfence_vma_page(va);
723         sched_unpin();
724 }
725
726 static void
727 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
728 {
729         cpuset_t mask;
730
731         sched_pin();
732         mask = pmap->pm_active;
733         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
734         fence();
735         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
736                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, sva, eva - sva + 1);
737
738         /*
739          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
740          * number of pages in the future.
741          */
742         sfence_vma();
743         sched_unpin();
744 }
745
746 static void
747 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
748 {
749         cpuset_t mask;
750
751         sched_pin();
752         mask = pmap->pm_active;
753         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
754
755         /*
756          * XXX: The SBI doc doesn't detail how to specify x0 as the
757          * address to perform a global fence.  BBL currently treats
758          * all sfence_vma requests as global however.
759          */
760         fence();
761         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
762                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, 0, 0);
763         sfence_vma();
764         sched_unpin();
765 }
766 #else
767 /*
768  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
769  * We inline these within pmap.c for speed.
770  */
771 static __inline void
772 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
773 {
774
775         sfence_vma_page(va);
776 }
777
778 static __inline void
779 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
780 {
781
782         /*
783          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
784          * number of pages in the future.
785          */
786         sfence_vma();
787 }
788
789 static __inline void
790 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
791 {
792
793         sfence_vma();
794 }
795 #endif
796
797 /*
798  *      Routine:        pmap_extract
799  *      Function:
800  *              Extract the physical page address associated
801  *              with the given map/virtual_address pair.
802  */
803 vm_paddr_t 
804 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
805 {
806         pd_entry_t *l2p, l2;
807         pt_entry_t *l3p, l3;
808         vm_paddr_t pa;
809
810         pa = 0;
811         PMAP_LOCK(pmap);
812         /*
813          * Start with the l2 tabel. We are unable to allocate
814          * pages in the l1 table.
815          */
816         l2p = pmap_l2(pmap, va);
817         if (l2p != NULL) {
818                 l2 = pmap_load(l2p);
819                 if ((l2 & PTE_RX) == 0) {
820                         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
821                         if (l3p != NULL) {
822                                 l3 = pmap_load(l3p);
823                                 pa = PTE_TO_PHYS(l3);
824                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
825                         }
826                 } else {
827                         /* L2 is superpages */
828                         pa = (l2 >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
829                         pa |= (va & L2_OFFSET);
830                 }
831         }
832         PMAP_UNLOCK(pmap);
833         return (pa);
834 }
835
836 /*
837  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
838  *      Function:
839  *              Atomically extract and hold the physical page
840  *              with the given pmap and virtual address pair
841  *              if that mapping permits the given protection.
842  */
843 vm_page_t
844 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
845 {
846         pt_entry_t *l3p, l3;
847         vm_paddr_t phys;
848         vm_page_t m;
849
850         m = NULL;
851         PMAP_LOCK(pmap);
852         l3p = pmap_l3(pmap, va);
853         if (l3p != NULL && (l3 = pmap_load(l3p)) != 0) {
854                 if ((l3 & PTE_W) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
855                         phys = PTE_TO_PHYS(l3);
856                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
857                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
858                                 m = NULL;
859                 }
860         }
861         PMAP_UNLOCK(pmap);
862         return (m);
863 }
864
865 vm_paddr_t
866 pmap_kextract(vm_offset_t va)
867 {
868         pd_entry_t *l2;
869         pt_entry_t *l3;
870         vm_paddr_t pa;
871
872         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
873                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
874         } else {
875                 l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
876                 if (l2 == NULL)
877                         panic("pmap_kextract: No l2");
878                 if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0) {
879                         /* superpages */
880                         pa = (pmap_load(l2) >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT;
881                         pa |= (va & L2_OFFSET);
882                         return (pa);
883                 }
884
885                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
886                 if (l3 == NULL)
887                         panic("pmap_kextract: No l3...");
888                 pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3));
889                 pa |= (va & PAGE_MASK);
890         }
891         return (pa);
892 }
893
894 /***************************************************
895  * Low level mapping routines.....
896  ***************************************************/
897
898 void
899 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
900 {
901         pt_entry_t entry;
902         pt_entry_t *l3;
903         vm_offset_t va;
904         pn_t pn;
905
906         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
907            ("pmap_kenter_device: Invalid physical address"));
908         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
909            ("pmap_kenter_device: Invalid virtual address"));
910         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
911             ("pmap_kenter_device: Mapping is not page-sized"));
912
913         va = sva;
914         while (size != 0) {
915                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
916                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
917
918                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
919                 entry = PTE_KERN;
920                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
921                 pmap_store(l3, entry);
922
923                 va += PAGE_SIZE;
924                 pa += PAGE_SIZE;
925                 size -= PAGE_SIZE;
926         }
927         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
928 }
929
930 /*
931  * Remove a page from the kernel pagetables.
932  * Note: not SMP coherent.
933  */
934 PMAP_INLINE void
935 pmap_kremove(vm_offset_t va)
936 {
937         pt_entry_t *l3;
938
939         l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
940         KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
941
942         pmap_clear(l3);
943         sfence_vma();
944 }
945
946 void
947 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
948 {
949         pt_entry_t *l3;
950         vm_offset_t va;
951
952         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
953            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
954         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
955             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
956
957         va = sva;
958         while (size != 0) {
959                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
960                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
961                 pmap_clear(l3);
962
963                 va += PAGE_SIZE;
964                 size -= PAGE_SIZE;
965         }
966
967         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
968 }
969
970 /*
971  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
972  *      virtual address space.
973  *
974  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
975  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
976  *      physical to virtual region can return the appropriate address
977  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
978  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
979  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
980  *      region.
981  */
982 vm_offset_t
983 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
984 {
985
986         return PHYS_TO_DMAP(start);
987 }
988
989
990 /*
991  * Add a list of wired pages to the kva
992  * this routine is only used for temporary
993  * kernel mappings that do not need to have
994  * page modification or references recorded.
995  * Note that old mappings are simply written
996  * over.  The page *must* be wired.
997  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
998  */
999 void
1000 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1001 {
1002         pt_entry_t *l3, pa;
1003         vm_offset_t va;
1004         vm_page_t m;
1005         pt_entry_t entry;
1006         pn_t pn;
1007         int i;
1008
1009         va = sva;
1010         for (i = 0; i < count; i++) {
1011                 m = ma[i];
1012                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1013                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
1014                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1015
1016                 entry = PTE_KERN;
1017                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1018                 pmap_store(l3, entry);
1019
1020                 va += L3_SIZE;
1021         }
1022         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1023 }
1024
1025 /*
1026  * This routine tears out page mappings from the
1027  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1028  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1029  */
1030 void
1031 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1032 {
1033         pt_entry_t *l3;
1034         vm_offset_t va;
1035
1036         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1037
1038         for (va = sva; count-- > 0; va += PAGE_SIZE) {
1039                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1040                 KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1041                 pmap_clear(l3);
1042         }
1043         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1044 }
1045
1046 bool
1047 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
1048 {
1049
1050         return (superpages_enabled);
1051 }
1052
1053 /***************************************************
1054  * Page table page management routines.....
1055  ***************************************************/
1056 /*
1057  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1058  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1059  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1060  */
1061 static __inline void
1062 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1063     boolean_t set_PG_ZERO)
1064 {
1065
1066         if (set_PG_ZERO)
1067                 m->flags |= PG_ZERO;
1068         else
1069                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1070         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1071 }
1072
1073 /*
1074  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1075  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1076  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1077  * ordered by this virtual address range.
1078  *
1079  * If "promoted" is false, then the page table page "ml3" must be zero filled.
1080  */
1081 static __inline int
1082 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t ml3, bool promoted)
1083 {
1084
1085         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1086         ml3->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1087         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, ml3));
1088 }
1089
1090 /*
1091  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1092  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1093  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1094  * specified virtual address.
1095  */
1096 static __inline vm_page_t
1097 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1098 {
1099
1100         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1101         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
1102 }
1103         
1104 /*
1105  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1106  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1107  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1108  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1109  */
1110 static inline boolean_t
1111 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1112 {
1113
1114         --m->ref_count;
1115         if (m->ref_count == 0) {
1116                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1117                 return (TRUE);
1118         } else {
1119                 return (FALSE);
1120         }
1121 }
1122
1123 static void
1124 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1125 {
1126         vm_paddr_t phys;
1127
1128         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1129         if (m->pindex >= NUL1E) {
1130                 pd_entry_t *l1;
1131                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1132                 pmap_clear(l1);
1133                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), 0);
1134         } else {
1135                 pd_entry_t *l2;
1136                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1137                 pmap_clear(l2);
1138         }
1139         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1140         if (m->pindex < NUL1E) {
1141                 pd_entry_t *l1;
1142                 vm_page_t pdpg;
1143
1144                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1145                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1146                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1147                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1148         }
1149         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1150
1151         vm_wire_sub(1);
1152
1153         /* 
1154          * Put page on a list so that it is released after
1155          * *ALL* TLB shootdown is done
1156          */
1157         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * After removing a page table entry, this routine is used to
1162  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1163  */
1164 static int
1165 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1166     struct spglist *free)
1167 {
1168         vm_page_t mpte;
1169
1170         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1171                 return (0);
1172         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1173         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(ptepde));
1174         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1175 }
1176
1177 void
1178 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1179 {
1180
1181         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1182         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1183         pmap->pm_l1 = kernel_pmap->pm_l1;
1184         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (vtophys(pmap->pm_l1) >> PAGE_SHIFT);
1185         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1186         pmap_activate_boot(pmap);
1187 }
1188
1189 int
1190 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1191 {
1192         vm_paddr_t l1phys;
1193         vm_page_t l1pt;
1194
1195         /*
1196          * allocate the l1 page
1197          */
1198         while ((l1pt = vm_page_alloc(NULL, 0xdeadbeef, VM_ALLOC_NORMAL |
1199             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1200                 vm_wait(NULL);
1201
1202         l1phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l1pt);
1203         pmap->pm_l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1phys);
1204         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (l1phys >> PAGE_SHIFT);
1205
1206         if ((l1pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1207                 pagezero(pmap->pm_l1);
1208
1209         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1210
1211         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1212
1213         /* Install kernel pagetables */
1214         memcpy(pmap->pm_l1, kernel_pmap->pm_l1, PAGE_SIZE);
1215
1216         /* Add to the list of all user pmaps */
1217         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1218         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1219         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1220
1221         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1222
1223         return (1);
1224 }
1225
1226 /*
1227  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1228  *
1229  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1230  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1231  *
1232  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1233  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1234  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1235  * race conditions.
1236  */
1237 static vm_page_t
1238 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1239 {
1240         vm_page_t m, /*pdppg, */pdpg;
1241         pt_entry_t entry;
1242         vm_paddr_t phys;
1243         pn_t pn;
1244
1245         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1246
1247         /*
1248          * Allocate a page table page.
1249          */
1250         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1251             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1252                 if (lockp != NULL) {
1253                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1254                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1255                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1256                         vm_wait(NULL);
1257                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1258                         PMAP_LOCK(pmap);
1259                 }
1260
1261                 /*
1262                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1263                  * page may have been allocated.
1264                  */
1265                 return (NULL);
1266         }
1267
1268         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1269                 pmap_zero_page(m);
1270
1271         /*
1272          * Map the pagetable page into the process address space, if
1273          * it isn't already there.
1274          */
1275
1276         if (ptepindex >= NUL1E) {
1277                 pd_entry_t *l1;
1278                 vm_pindex_t l1index;
1279
1280                 l1index = ptepindex - NUL1E;
1281                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1282
1283                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1284                 entry = (PTE_V);
1285                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1286                 pmap_store(l1, entry);
1287                 pmap_distribute_l1(pmap, l1index, entry);
1288         } else {
1289                 vm_pindex_t l1index;
1290                 pd_entry_t *l1, *l2;
1291
1292                 l1index = ptepindex >> (L1_SHIFT - L2_SHIFT);
1293                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1294                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1295                         /* recurse for allocating page dir */
1296                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL1E + l1index,
1297                             lockp) == NULL) {
1298                                 vm_page_unwire_noq(m);
1299                                 vm_page_free_zero(m);
1300                                 return (NULL);
1301                         }
1302                 } else {
1303                         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1304                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1305                         pdpg->ref_count++;
1306                 }
1307
1308                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1309                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
1310                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1311
1312                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1313                 entry = (PTE_V);
1314                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1315                 pmap_store(l2, entry);
1316         }
1317
1318         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1319
1320         return (m);
1321 }
1322
1323 static vm_page_t
1324 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1325 {
1326         pd_entry_t *l1;
1327         vm_page_t l2pg;
1328         vm_pindex_t l2pindex;
1329
1330 retry:
1331         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1332         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & PTE_RWX) == 0) {
1333                 /* Add a reference to the L2 page. */
1334                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1)));
1335                 l2pg->ref_count++;
1336         } else {
1337                 /* Allocate a L2 page. */
1338                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1339                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1340                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1341                         goto retry;
1342         }
1343         return (l2pg);
1344 }
1345
1346 static vm_page_t
1347 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1348 {
1349         vm_pindex_t ptepindex;
1350         pd_entry_t *l2;
1351         vm_paddr_t phys;
1352         vm_page_t m;
1353
1354         /*
1355          * Calculate pagetable page index
1356          */
1357         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1358 retry:
1359         /*
1360          * Get the page directory entry
1361          */
1362         l2 = pmap_l2(pmap, va);
1363
1364         /*
1365          * If the page table page is mapped, we just increment the
1366          * hold count, and activate it.
1367          */
1368         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
1369                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
1370                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1371                 m->ref_count++;
1372         } else {
1373                 /*
1374                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1375                  * deallocated.
1376                  */
1377                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1378                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1379                         goto retry;
1380         }
1381         return (m);
1382 }
1383
1384
1385 /***************************************************
1386  * Pmap allocation/deallocation routines.
1387  ***************************************************/
1388
1389 /*
1390  * Release any resources held by the given physical map.
1391  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1392  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1393  */
1394 void
1395 pmap_release(pmap_t pmap)
1396 {
1397         vm_page_t m;
1398
1399         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1400             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1401             pmap->pm_stats.resident_count));
1402         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
1403             ("releasing active pmap %p", pmap));
1404
1405         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1406         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1407         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1408
1409         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l1));
1410         vm_page_unwire_noq(m);
1411         vm_page_free(m);
1412 }
1413
1414 static int
1415 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1416 {
1417         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1418
1419         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1420 }
1421 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1422     0, 0, kvm_size, "LU",
1423     "Size of KVM");
1424
1425 static int
1426 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1427 {
1428         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1429
1430         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1431 }
1432 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1433     0, 0, kvm_free, "LU",
1434     "Amount of KVM free");
1435
1436 /*
1437  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1438  */
1439 void
1440 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1441 {
1442         vm_paddr_t paddr;
1443         vm_page_t nkpg;
1444         pd_entry_t *l1, *l2;
1445         pt_entry_t entry;
1446         pn_t pn;
1447
1448         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1449
1450         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1451         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1452                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1453         while (kernel_vm_end < addr) {
1454                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1455                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1456                         /* We need a new PDP entry */
1457                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1458                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1459                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1460                         if (nkpg == NULL)
1461                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1462                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1463                                 pmap_zero_page(nkpg);
1464                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1465
1466                         pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1467                         entry = (PTE_V);
1468                         entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1469                         pmap_store(l1, entry);
1470                         pmap_distribute_l1(kernel_pmap,
1471                             pmap_l1_index(kernel_vm_end), entry);
1472                         continue; /* try again */
1473                 }
1474                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1475                 if ((pmap_load(l2) & PTE_V) != 0 &&
1476                     (pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0) {
1477                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1478                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1479                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1480                                 break;
1481                         }
1482                         continue;
1483                 }
1484
1485                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1486                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1487                     VM_ALLOC_ZERO);
1488                 if (nkpg == NULL)
1489                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1490                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0) {
1491                         pmap_zero_page(nkpg);
1492                 }
1493                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1494
1495                 pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1496                 entry = (PTE_V);
1497                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1498                 pmap_store(l2, entry);
1499
1500                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1501
1502                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1503                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1504                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1505                         break;                       
1506                 }
1507         }
1508 }
1509
1510
1511 /***************************************************
1512  * page management routines.
1513  ***************************************************/
1514
1515 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1516 CTASSERT(_NPCM == 3);
1517 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1518
1519 static __inline struct pv_chunk *
1520 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1521 {
1522
1523         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1524 }
1525
1526 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1527
1528 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1529 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1530 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1531
1532 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1533
1534 #if 0
1535 #ifdef PV_STATS
1536 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1537
1538 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1539         "Current number of pv entry chunks");
1540 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1541         "Current number of pv entry chunks allocated");
1542 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1543         "Current number of pv entry chunks frees");
1544 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1545         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1546
1547 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1548 static int pv_entry_spare;
1549
1550 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1551         "Current number of pv entry frees");
1552 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1553         "Current number of pv entry allocs");
1554 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1555         "Current number of pv entries");
1556 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1557         "Current number of spare pv entries");
1558 #endif
1559 #endif /* 0 */
1560
1561 /*
1562  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1563  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1564  * another pv entry chunk.
1565  *
1566  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1567  *
1568  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1569  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1570  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1571  */
1572 static vm_page_t
1573 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1574 {
1575
1576         panic("RISCVTODO: reclaim_pv_chunk");
1577 }
1578
1579 /*
1580  * free the pv_entry back to the free list
1581  */
1582 static void
1583 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1584 {
1585         struct pv_chunk *pc;
1586         int idx, field, bit;
1587
1588         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1589         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1590         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1591         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1592         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1593         pc = pv_to_chunk(pv);
1594         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1595         field = idx / 64;
1596         bit = idx % 64;
1597         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1598         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1599             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1600                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1601                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1602                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1603                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1604                 }
1605                 return;
1606         }
1607         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1608         free_pv_chunk(pc);
1609 }
1610
1611 static void
1612 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1613 {
1614         vm_page_t m;
1615
1616         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1617         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1618         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1619         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1620         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1621         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1622         /* entire chunk is free, return it */
1623         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1624         dump_drop_page(m->phys_addr);
1625         vm_page_unwire_noq(m);
1626         vm_page_free(m);
1627 }
1628
1629 /*
1630  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1631  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1632  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1633  * returned.
1634  *
1635  * The given PV list lock may be released.
1636  */
1637 static pv_entry_t
1638 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1639 {
1640         int bit, field;
1641         pv_entry_t pv;
1642         struct pv_chunk *pc;
1643         vm_page_t m;
1644
1645         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1646         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1647         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1648 retry:
1649         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1650         if (pc != NULL) {
1651                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1652                         if (pc->pc_map[field]) {
1653                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1654                                 break;
1655                         }
1656                 }
1657                 if (field < _NPCM) {
1658                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1659                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1660                         /* If this was the last item, move it to tail */
1661                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1662                             pc->pc_map[2] == 0) {
1663                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1664                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1665                                     pc_list);
1666                         }
1667                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1668                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1669                         return (pv);
1670                 }
1671         }
1672         /* No free items, allocate another chunk */
1673         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1674             VM_ALLOC_WIRED);
1675         if (m == NULL) {
1676                 if (lockp == NULL) {
1677                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1678                         return (NULL);
1679                 }
1680                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1681                 if (m == NULL)
1682                         goto retry;
1683         }
1684         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
1685         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
1686         dump_add_page(m->phys_addr);
1687         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1688         pc->pc_pmap = pmap;
1689         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
1690         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1691         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1692         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1693         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1694         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1695         pv = &pc->pc_pventry[0];
1696         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1697         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1698         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
1699         return (pv);
1700 }
1701
1702 /*
1703  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
1704  * exceeds the given count, "needed".
1705  *
1706  * The given PV list lock may be released.
1707  */
1708 static void
1709 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
1710 {
1711         struct pch new_tail;
1712         struct pv_chunk *pc;
1713         vm_page_t m;
1714         int avail, free;
1715         bool reclaimed;
1716
1717         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1718         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1719         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
1720
1721         /*
1722          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
1723          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
1724          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
1725          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
1726          */
1727         TAILQ_INIT(&new_tail);
1728 retry:
1729         avail = 0;
1730         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
1731                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
1732                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
1733                 if (free == 0)
1734                         break;
1735                 avail += free;
1736                 if (avail >= needed)
1737                         break;
1738         }
1739         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
1740                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1741                     VM_ALLOC_WIRED);
1742                 if (m == NULL) {
1743                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1744                         if (m == NULL)
1745                                 goto retry;
1746                         reclaimed = true;
1747                 }
1748                 /* XXX PV STATS */
1749 #if 0
1750                 dump_add_page(m->phys_addr);
1751 #endif
1752                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1753                 pc->pc_pmap = pmap;
1754                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
1755                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1756                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1757                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1758                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1759
1760                 /*
1761                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
1762                  * If that chunk contained available entries, we need to
1763                  * re-count the number of available entries.
1764                  */
1765                 if (reclaimed)
1766                         goto retry;
1767         }
1768         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
1769                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1770                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1771                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1772         }
1773 }
1774
1775 /*
1776  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
1777  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
1778  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
1779  * 2MB page mappings.
1780  */
1781 static __inline pv_entry_t
1782 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1783 {
1784         pv_entry_t pv;
1785
1786         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1787         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
1788                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
1789                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1790                         pvh->pv_gen++;
1791                         break;
1792                 }
1793         }
1794         return (pv);
1795 }
1796
1797 /*
1798  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
1799  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
1800  * page mappings.
1801  */
1802 static void
1803 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1804 {
1805         pv_entry_t pv;
1806
1807         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1808
1809         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found for %#lx", va));
1810         free_pv_entry(pmap, pv);
1811 }
1812
1813 /*
1814  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
1815  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
1816  */
1817 static boolean_t
1818 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1819     struct rwlock **lockp)
1820 {
1821         pv_entry_t pv;
1822
1823         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1824         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1825         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1826         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
1827                 pv->pv_va = va;
1828                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1829                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1830                 m->md.pv_gen++;
1831                 return (TRUE);
1832         } else
1833                 return (FALSE);
1834 }
1835
1836 /*
1837  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
1838  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
1839  * entries for each of the 4KB page mappings.
1840  */
1841 static void __unused
1842 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1843     struct rwlock **lockp)
1844 {
1845         struct md_page *pvh;
1846         struct pv_chunk *pc;
1847         pv_entry_t pv;
1848         vm_page_t m;
1849         vm_offset_t va_last;
1850         int bit, field;
1851
1852         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1853         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1854         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1855
1856         /*
1857          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
1858          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
1859          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
1860          */
1861         pvh = pa_to_pvh(pa);
1862         va &= ~L2_OFFSET;
1863         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1864         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
1865         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1866         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1867         m->md.pv_gen++;
1868         /* Instantiate the remaining 511 pv entries. */
1869         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1870         for (;;) {
1871                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1872                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
1873                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
1874                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1875                         while (pc->pc_map[field] != 0) {
1876                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1877                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1878                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1879                                 va += PAGE_SIZE;
1880                                 pv->pv_va = va;
1881                                 m++;
1882                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
1883                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
1884                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1885                                 m->md.pv_gen++;
1886                                 if (va == va_last)
1887                                         goto out;
1888                         }
1889                 }
1890                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1891                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1892         }
1893 out:
1894         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
1895                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1896                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1897         }
1898         /* XXX PV stats */
1899 }
1900
1901 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1902 static void
1903 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1904     struct rwlock **lockp)
1905 {
1906         struct md_page *pvh;
1907         pv_entry_t pv;
1908         vm_page_t m;
1909         vm_offset_t va_last;
1910
1911         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1912         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
1913             ("pmap_pv_promote_l2: misaligned va %#lx", va));
1914
1915         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1916
1917         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1918         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
1919         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv for %#lx not found", va));
1920         pvh = pa_to_pvh(pa);
1921         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1922         pvh->pv_gen++;
1923
1924         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1925         do {
1926                 m++;
1927                 va += PAGE_SIZE;
1928                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
1929         } while (va < va_last);
1930 }
1931 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
1932
1933 /*
1934  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
1935  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
1936  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
1937  */
1938 static bool
1939 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
1940     struct rwlock **lockp)
1941 {
1942         struct md_page *pvh;
1943         pv_entry_t pv;
1944         vm_paddr_t pa;
1945
1946         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1947         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1948         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
1949             NULL : lockp)) == NULL)
1950                 return (false);
1951         pv->pv_va = va;
1952         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
1953         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1954         pvh = pa_to_pvh(pa);
1955         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1956         pvh->pv_gen++;
1957         return (true);
1958 }
1959
1960 static void
1961 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
1962 {
1963         pt_entry_t newl2, oldl2;
1964         vm_page_t ml3;
1965         vm_paddr_t ml3pa;
1966
1967         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
1968         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
1969         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1970
1971         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
1972         if (ml3 == NULL)
1973                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
1974
1975         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
1976         newl2 = ml3pa | PTE_V;
1977
1978         /*
1979          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
1980          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
1981          */
1982         if (ml3->valid != 0)
1983                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
1984
1985         /*
1986          * Demote the mapping.
1987          */
1988         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
1989         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
1990             __func__, l2, oldl2));
1991 }
1992
1993 /*
1994  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
1995  */
1996 static int
1997 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
1998     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
1999 {
2000         struct md_page *pvh;
2001         pt_entry_t oldl2;
2002         vm_offset_t eva, va;
2003         vm_page_t m, ml3;
2004
2005         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2006         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2007         oldl2 = pmap_load_clear(l2);
2008         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2009             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a superpage mapping", oldl2));
2010
2011         /*
2012          * The sfence.vma documentation states that it is sufficient to specify
2013          * a single address within a superpage mapping.  However, since we do
2014          * not perform any invalidation upon promotion, TLBs may still be
2015          * caching 4KB mappings within the superpage, so we must invalidate the
2016          * entire range.
2017          */
2018         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2019         if ((oldl2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2020                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2021         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2022         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2023                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, PTE_TO_PHYS(oldl2));
2024                 pvh = pa_to_pvh(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2025                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2026                 eva = sva + L2_SIZE;
2027                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2028                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2029                         if ((oldl2 & PTE_D) != 0)
2030                                 vm_page_dirty(m);
2031                         if ((oldl2 & PTE_A) != 0)
2032                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2033                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2034                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2035                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2036                 }
2037         }
2038         if (pmap == kernel_pmap) {
2039                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2040         } else {
2041                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2042                 if (ml3 != NULL) {
2043                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2044                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2045                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2046                         KASSERT(ml3->ref_count == Ln_ENTRIES,
2047                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2048                         ml3->ref_count = 1;
2049                         vm_page_unwire_noq(ml3);
2050                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2051                 }
2052         }
2053         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2054 }
2055
2056 /*
2057  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2058  */
2059 static int
2060 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va, 
2061     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2062 {
2063         struct md_page *pvh;
2064         pt_entry_t old_l3;
2065         vm_paddr_t phys;
2066         vm_page_t m;
2067
2068         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2069         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2070         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2071         if (old_l3 & PTE_SW_WIRED)
2072                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2073         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2074         if (old_l3 & PTE_SW_MANAGED) {
2075                 phys = PTE_TO_PHYS(old_l3);
2076                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
2077                 if ((old_l3 & PTE_D) != 0)
2078                         vm_page_dirty(m);
2079                 if (old_l3 & PTE_A)
2080                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2081                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2082                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2083                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2084                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2085                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2086                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2087                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2088                 }
2089         }
2090
2091         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2092 }
2093
2094 /*
2095  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2096  *
2097  *      It is assumed that the start and end are properly
2098  *      rounded to the page size.
2099  */
2100 void
2101 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2102 {
2103         struct spglist free;
2104         struct rwlock *lock;
2105         vm_offset_t va, va_next;
2106         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2107         pt_entry_t *l3;
2108
2109         /*
2110          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2111          */
2112         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2113                 return;
2114
2115         SLIST_INIT(&free);
2116
2117         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2118         PMAP_LOCK(pmap);
2119
2120         lock = NULL;
2121         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2122                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2123                         break;
2124
2125                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2126                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2127                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2128                         if (va_next < sva)
2129                                 va_next = eva;
2130                         continue;
2131                 }
2132
2133                 /*
2134                  * Calculate index for next page table.
2135                  */
2136                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2137                 if (va_next < sva)
2138                         va_next = eva;
2139
2140                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2141                 if (l2 == NULL)
2142                         continue;
2143                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2144                         continue;
2145                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2146                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2147                                 (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, sva,
2148                                     pmap_load(l1), &free, &lock);
2149                                 continue;
2150                         } else if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2151                             &lock)) {
2152                                 /*
2153                                  * The large page mapping was destroyed.
2154                                  */
2155                                 continue;
2156                         }
2157                         l2e = pmap_load(l2);
2158                 }
2159
2160                 /*
2161                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2162                  * by the current page table page, or to the end of the
2163                  * range being removed.
2164                  */
2165                 if (va_next > eva)
2166                         va_next = eva;
2167
2168                 va = va_next;
2169                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2170                     sva += L3_SIZE) {
2171                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2172                                 if (va != va_next) {
2173                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2174                                         va = va_next;
2175                                 }
2176                                 continue;
2177                         }
2178                         if (va == va_next)
2179                                 va = sva;
2180                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l2e, &free, &lock)) {
2181                                 sva += L3_SIZE;
2182                                 break;
2183                         }
2184                 }
2185                 if (va != va_next)
2186                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2187         }
2188         if (lock != NULL)
2189                 rw_wunlock(lock);
2190         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2191         PMAP_UNLOCK(pmap);
2192         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2193 }
2194
2195 /*
2196  *      Routine:        pmap_remove_all
2197  *      Function:
2198  *              Removes this physical page from
2199  *              all physical maps in which it resides.
2200  *              Reflects back modify bits to the pager.
2201  *
2202  *      Notes:
2203  *              Original versions of this routine were very
2204  *              inefficient because they iteratively called
2205  *              pmap_remove (slow...)
2206  */
2207
2208 void
2209 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2210 {
2211         struct spglist free;
2212         struct md_page *pvh;
2213         pmap_t pmap;
2214         pt_entry_t *l3, l3e;
2215         pd_entry_t *l2, l2e;
2216         pv_entry_t pv;
2217         vm_offset_t va;
2218
2219         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2220             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2221         SLIST_INIT(&free);
2222         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2223             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2224
2225         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2226         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2227                 pmap = PV_PMAP(pv);
2228                 PMAP_LOCK(pmap);
2229                 va = pv->pv_va;
2230                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2231                 (void)pmap_demote_l2(pmap, l2, va);
2232                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2233         }
2234         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2235                 pmap = PV_PMAP(pv);
2236                 PMAP_LOCK(pmap);
2237                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2238                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
2239                 KASSERT(l2 != NULL, ("pmap_remove_all: no l2 table found"));
2240                 l2e = pmap_load(l2);
2241
2242                 KASSERT((l2e & PTE_RX) == 0,
2243                     ("pmap_remove_all: found a superpage in %p's pv list", m));
2244
2245                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
2246                 l3e = pmap_load_clear(l3);
2247                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2248                 if (l3e & PTE_SW_WIRED)
2249                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2250                 if ((l3e & PTE_A) != 0)
2251                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2252
2253                 /*
2254                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2255                  */
2256                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
2257                         vm_page_dirty(m);
2258                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(l2), &free);
2259                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2260                 m->md.pv_gen++;
2261                 free_pv_entry(pmap, pv);
2262                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2263         }
2264         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2265         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2266         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2267 }
2268
2269 /*
2270  *      Set the physical protection on the
2271  *      specified range of this map as requested.
2272  */
2273 void
2274 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2275 {
2276         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2277         pt_entry_t *l3, l3e, mask;
2278         vm_page_t m, mt;
2279         vm_paddr_t pa;
2280         vm_offset_t va_next;
2281         bool anychanged, pv_lists_locked;
2282
2283         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2284                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2285                 return;
2286         }
2287
2288         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2289             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2290                 return;
2291
2292         anychanged = false;
2293         pv_lists_locked = false;
2294         mask = 0;
2295         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2296                 mask |= PTE_W | PTE_D;
2297         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2298                 mask |= PTE_X;
2299 resume:
2300         PMAP_LOCK(pmap);
2301         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2302                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2303                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2304                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2305                         if (va_next < sva)
2306                                 va_next = eva;
2307                         continue;
2308                 }
2309
2310                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2311                 if (va_next < sva)
2312                         va_next = eva;
2313
2314                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2315                 if (l2 == NULL || (l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2316                         continue;
2317                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2318                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2319 retryl2:
2320                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2321                                     (l2e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2322                                     (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2323                                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
2324                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2325                                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
2326                                                 vm_page_dirty(mt);
2327                                 }
2328                                 if (!atomic_fcmpset_long(l2, &l2e, l2e & ~mask))
2329                                         goto retryl2;
2330                                 anychanged = true;
2331                                 continue;
2332                         } else {
2333                                 if (!pv_lists_locked) {
2334                                         pv_lists_locked = true;
2335                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
2336                                                 if (anychanged)
2337                                                         pmap_invalidate_all(
2338                                                             pmap);
2339                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2340                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
2341                                                 goto resume;
2342                                         }
2343                                 }
2344                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva)) {
2345                                         /*
2346                                          * The large page mapping was destroyed.
2347                                          */
2348                                         continue;
2349                                 }
2350                         }
2351                 }
2352
2353                 if (va_next > eva)
2354                         va_next = eva;
2355
2356                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2357                     sva += L3_SIZE) {
2358                         l3e = pmap_load(l3);
2359 retryl3:
2360                         if ((l3e & PTE_V) == 0)
2361                                 continue;
2362                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2363                             (l3e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2364                             (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2365                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(l3e));
2366                                 vm_page_dirty(m);
2367                         }
2368                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &l3e, l3e & ~mask))
2369                                 goto retryl3;
2370                         anychanged = true;
2371                 }
2372         }
2373         if (anychanged)
2374                 pmap_invalidate_all(pmap);
2375         if (pv_lists_locked)
2376                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
2377         PMAP_UNLOCK(pmap);
2378 }
2379
2380 int
2381 pmap_fault_fixup(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t ftype)
2382 {
2383         pd_entry_t *l2, l2e;
2384         pt_entry_t bits, *pte, oldpte;
2385         int rv;
2386
2387         rv = 0;
2388         PMAP_LOCK(pmap);
2389         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2390         if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
2391                 goto done;
2392         if ((l2e & PTE_RWX) == 0) {
2393                 pte = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2394                 if (pte == NULL || ((oldpte = pmap_load(pte)) & PTE_V) == 0)
2395                         goto done;
2396         } else {
2397                 pte = l2;
2398                 oldpte = l2e;
2399         }
2400
2401         if ((pmap != kernel_pmap && (oldpte & PTE_U) == 0) ||
2402             (ftype == VM_PROT_WRITE && (oldpte & PTE_W) == 0) ||
2403             (ftype == VM_PROT_EXECUTE && (oldpte & PTE_X) == 0) ||
2404             (ftype == VM_PROT_READ && (oldpte & PTE_R) == 0))
2405                 goto done;
2406
2407         bits = PTE_A;
2408         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
2409                 bits |= PTE_D;
2410
2411         /*
2412          * Spurious faults can occur if the implementation caches invalid
2413          * entries in the TLB, or if simultaneous accesses on multiple CPUs
2414          * race with each other.
2415          */
2416         if ((oldpte & bits) != bits)
2417                 pmap_store_bits(pte, bits);
2418         sfence_vma();
2419         rv = 1;
2420 done:
2421         PMAP_UNLOCK(pmap);
2422         return (rv);
2423 }
2424
2425 static bool
2426 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2427 {
2428         struct rwlock *lock;
2429         bool rv;
2430
2431         lock = NULL;
2432         rv = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
2433         if (lock != NULL)
2434                 rw_wunlock(lock);
2435         return (rv);
2436 }
2437
2438 /*
2439  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2440  * mapping is invalidated.
2441  */
2442 static bool
2443 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2444     struct rwlock **lockp)
2445 {
2446         struct spglist free;
2447         vm_page_t mpte;
2448         pd_entry_t newl2, oldl2;
2449         pt_entry_t *firstl3, newl3;
2450         vm_paddr_t mptepa;
2451         int i;
2452
2453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2454
2455         oldl2 = pmap_load(l2);
2456         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2457             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is not a leaf entry"));
2458         if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2459             NULL) {
2460                 if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2461                     pmap_l2_pindex(va), (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT :
2462                     VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) ==
2463                     NULL) {
2464                         SLIST_INIT(&free);
2465                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2466                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2467                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2468                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: "
2469                             "failure for va %#lx in pmap %p", va, pmap);
2470                         return (false);
2471                 }
2472                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2473                         mpte->ref_count = Ln_ENTRIES;
2474                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2475                 }
2476         }
2477         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2478         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2479         newl2 = ((mptepa / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) | PTE_V;
2480         KASSERT((oldl2 & PTE_A) != 0,
2481             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_A"));
2482         KASSERT((oldl2 & (PTE_D | PTE_W)) != PTE_W,
2483             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_D"));
2484         newl3 = oldl2;
2485
2486         /*
2487          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2488          * initialize it.
2489          */
2490         if (mpte->valid == 0) {
2491                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2492                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2493         }
2494         KASSERT(PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)) == PTE_TO_PHYS(newl3),
2495             ("pmap_demote_l2_locked: firstl3 and newl3 map different physical "
2496             "addresses"));
2497
2498         /*
2499          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2500          * entries.
2501          */
2502         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE) != (newl3 & PTE_PROMOTE))
2503                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2504                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2505
2506         /*
2507          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2508          * mapping, that is, prior to changing the L2 entry.  Otherwise, the
2509          * state of the L2 entry and the PV lists will be inconsistent, which
2510          * can result in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from
2511          * the wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the
2512          * expected PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2513          */
2514         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2515                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
2516
2517         /*
2518          * Demote the mapping.
2519          */
2520         pmap_store(l2, newl2);
2521
2522         /*
2523          * Demote the PV entry.
2524          */
2525         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2526                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(oldl2), lockp);
2527
2528         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
2529         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: success for va %#lx in pmap %p",
2530             va, pmap);
2531         return (true);
2532 }
2533
2534 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2535 static void
2536 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2537     struct rwlock **lockp)
2538 {
2539         pt_entry_t *firstl3, *l3;
2540         vm_paddr_t pa;
2541         vm_page_t ml3;
2542
2543         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2544
2545         va &= ~L2_OFFSET;
2546         KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
2547             ("pmap_promote_l2: invalid l2 entry %p", l2));
2548
2549         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2550         pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3));
2551         if ((pa & L2_OFFSET) != 0) {
2552                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2553                     va, pmap);
2554                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2555                 return;
2556         }
2557
2558         pa += PAGE_SIZE;
2559         for (l3 = firstl3 + 1; l3 < firstl3 + Ln_ENTRIES; l3++) {
2560                 if (PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3)) != pa) {
2561                         CTR2(KTR_PMAP,
2562                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2563                             va, pmap);
2564                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2565                         return;
2566                 }
2567                 if ((pmap_load(l3) & PTE_PROMOTE) !=
2568                     (pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE)) {
2569                         CTR2(KTR_PMAP,
2570                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2571                             va, pmap);
2572                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2573                         return;
2574                 }
2575                 pa += PAGE_SIZE;
2576         }
2577
2578         ml3 = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2579         KASSERT(ml3->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2580             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2581         if (pmap_insert_pt_page(pmap, ml3, true)) {
2582                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2583                     va, pmap);
2584                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2585                 return;
2586         }
2587
2588         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2589                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)),
2590                     lockp);
2591
2592         pmap_store(l2, pmap_load(firstl3));
2593
2594         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2595         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2596             pmap);
2597 }
2598 #endif
2599
2600 /*
2601  *      Insert the given physical page (p) at
2602  *      the specified virtual address (v) in the
2603  *      target physical map with the protection requested.
2604  *
2605  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2606  *      that the related pte can not be reclaimed.
2607  *
2608  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2609  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2610  *      insert this page into the given map NOW.
2611  */
2612 int
2613 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2614     u_int flags, int8_t psind)
2615 {
2616         struct rwlock *lock;
2617         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2618         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2619         pt_entry_t *l3;
2620         pv_entry_t pv;
2621         vm_paddr_t opa, pa, l2_pa, l3_pa;
2622         vm_page_t mpte, om, l2_m, l3_m;
2623         pt_entry_t entry;
2624         pn_t l2_pn, l3_pn, pn;
2625         int rv;
2626         bool nosleep;
2627
2628         va = trunc_page(va);
2629         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2630                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
2631         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2632         pn = (pa / PAGE_SIZE);
2633
2634         new_l3 = PTE_V | PTE_R | PTE_A;
2635         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2636                 new_l3 |= PTE_X;
2637         if (flags & VM_PROT_WRITE)
2638                 new_l3 |= PTE_D;
2639         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2640                 new_l3 |= PTE_W;
2641         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2642                 new_l3 |= PTE_U;
2643
2644         new_l3 |= (pn << PTE_PPN0_S);
2645         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2646                 new_l3 |= PTE_SW_WIRED;
2647
2648         /*
2649          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
2650          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
2651          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
2652          */
2653         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
2654                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
2655                         new_l3 |= PTE_D;
2656         } else
2657                 new_l3 |= PTE_SW_MANAGED;
2658
2659         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2660
2661         lock = NULL;
2662         mpte = NULL;
2663         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2664         PMAP_LOCK(pmap);
2665         if (psind == 1) {
2666                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
2667                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2668                     ("pmap_enter: va %#lx unaligned", va));
2669                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
2670                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, new_l3, flags, m, &lock);
2671                 goto out;
2672         }
2673
2674         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2675         if (l2 != NULL && ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0 &&
2676             ((l2e & PTE_RWX) == 0 || pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2677             va, &lock))) {
2678                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2679                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2680                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2681                         mpte->ref_count++;
2682                 }
2683         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2684                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2685                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2686                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2687                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2688                         if (lock != NULL)
2689                                 rw_wunlock(lock);
2690                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2691                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2692                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2693                 }
2694                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2695         } else {
2696                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2697                 /* TODO: This is not optimal, but should mostly work */
2698                 if (l3 == NULL) {
2699                         if (l2 == NULL) {
2700                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2701                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2702                                     VM_ALLOC_ZERO);
2703                                 if (l2_m == NULL)
2704                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2705                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2706                                         pmap_zero_page(l2_m);
2707
2708                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2709                                 l2_pn = (l2_pa / PAGE_SIZE);
2710
2711                                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2712                                 entry = (PTE_V);
2713                                 entry |= (l2_pn << PTE_PPN0_S);
2714                                 pmap_store(l1, entry);
2715                                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), entry);
2716                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2717                         }
2718
2719                         l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2720                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2721                         if (l3_m == NULL)
2722                                 panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2723                         if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2724                                 pmap_zero_page(l3_m);
2725
2726                         l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2727                         l3_pn = (l3_pa / PAGE_SIZE);
2728                         entry = (PTE_V);
2729                         entry |= (l3_pn << PTE_PPN0_S);
2730                         pmap_store(l2, entry);
2731                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2732                 }
2733                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2734         }
2735
2736         orig_l3 = pmap_load(l3);
2737         opa = PTE_TO_PHYS(orig_l3);
2738         pv = NULL;
2739
2740         /*
2741          * Is the specified virtual address already mapped?
2742          */
2743         if ((orig_l3 & PTE_V) != 0) {
2744                 /*
2745                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2746                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2747                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2748                  * the PT page will be also.
2749                  */
2750                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2751                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) == 0)
2752                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2753                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2754                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2755                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2756
2757                 /*
2758                  * Remove the extra PT page reference.
2759                  */
2760                 if (mpte != NULL) {
2761                         mpte->ref_count--;
2762                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
2763                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2764                              " va: 0x%lx", va));
2765                 }
2766
2767                 /*
2768                  * Has the physical page changed?
2769                  */
2770                 if (opa == pa) {
2771                         /*
2772                          * No, might be a protection or wiring change.
2773                          */
2774                         if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0 &&
2775                             (new_l3 & PTE_W) != 0)
2776                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2777                         goto validate;
2778                 }
2779
2780                 /*
2781                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
2782                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
2783                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
2784                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
2785                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
2786                  * avoiding an allocation.
2787                  *
2788                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
2789                  */
2790                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
2791                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == opa,
2792                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
2793                 if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2794                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2795
2796                         /*
2797                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
2798                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
2799                          * pmap_ts_referenced().
2800                          */
2801                         if ((orig_l3 & PTE_D) != 0)
2802                                 vm_page_dirty(om);
2803                         if ((orig_l3 & PTE_A) != 0)
2804                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
2805                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
2806                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
2807                         KASSERT(pv != NULL,
2808                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
2809                         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) == 0)
2810                                 free_pv_entry(pmap, pv);
2811                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
2812                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
2813                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2814                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
2815                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
2816                 }
2817                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2818                 orig_l3 = 0;
2819         } else {
2820                 /*
2821                  * Increment the counters.
2822                  */
2823                 if ((new_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2824                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2825                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2826         }
2827         /*
2828          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2829          */
2830         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2831                 if (pv == NULL) {
2832                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2833                         pv->pv_va = va;
2834                 }
2835                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2836                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2837                 m->md.pv_gen++;
2838                 if ((new_l3 & PTE_W) != 0)
2839                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2840         }
2841
2842 validate:
2843         /*
2844          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
2845          * if the new PTE is executable.
2846          */
2847         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2848                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
2849
2850         /*
2851          * Update the L3 entry.
2852          */
2853         if (orig_l3 != 0) {
2854                 orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
2855                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2856                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == pa,
2857                     ("pmap_enter: invalid update"));
2858                 if ((orig_l3 & (PTE_D | PTE_SW_MANAGED)) ==
2859                     (PTE_D | PTE_SW_MANAGED))
2860                         vm_page_dirty(m);
2861         } else {
2862                 pmap_store(l3, new_l3);
2863         }
2864
2865 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2866         if (mpte != NULL && mpte->ref_count == Ln_ENTRIES &&
2867             pmap_ps_enabled(pmap) &&
2868             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
2869             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
2870                 pmap_promote_l2(pmap, l2, va, &lock);
2871 #endif
2872
2873         rv = KERN_SUCCESS;
2874 out:
2875         if (lock != NULL)
2876                 rw_wunlock(lock);
2877         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2878         PMAP_UNLOCK(pmap);
2879         return (rv);
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
2884  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
2885  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
2886  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
2887  * PV entry.
2888  */
2889 static bool
2890 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2891     struct rwlock **lockp)
2892 {
2893         pd_entry_t new_l2;
2894         pn_t pn;
2895
2896         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2897
2898         pn = VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE;
2899         new_l2 = (pd_entry_t)((pn << PTE_PPN0_S) | PTE_R | PTE_V);
2900         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2901                 new_l2 |= PTE_SW_MANAGED;
2902         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
2903                 new_l2 |= PTE_X;
2904         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2905                 new_l2 |= PTE_U;
2906         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
2907             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
2908             KERN_SUCCESS);
2909 }
2910
2911 /*
2912  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
2913  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
2914  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
2915  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
2916  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
2917  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
2918  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
2919  *
2920  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
2921  */
2922 static int
2923 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
2924     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
2925 {
2926         struct spglist free;
2927         pd_entry_t *l2, *l3, oldl2;
2928         vm_offset_t sva;
2929         vm_page_t l2pg, mt;
2930
2931         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2932
2933         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
2934             NULL : lockp)) == NULL) {
2935                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2936                     va, pmap);
2937                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2938         }
2939
2940         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2941         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2942         if ((oldl2 = pmap_load(l2)) != 0) {
2943                 KASSERT(l2pg->ref_count > 1,
2944                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
2945                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
2946                         l2pg->ref_count--;
2947                         CTR2(KTR_PMAP,
2948                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2949                             va, pmap);
2950                         return (KERN_FAILURE);
2951                 }
2952                 SLIST_INIT(&free);
2953                 if ((oldl2 & PTE_RWX) != 0)
2954                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
2955                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2956                 else
2957                         for (sva = va; sva < va + L2_SIZE; sva += PAGE_SIZE) {
2958                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2959                                 if ((pmap_load(l3) & PTE_V) != 0 &&
2960                                     pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, oldl2, &free,
2961                                     lockp) != 0)
2962                                         break;
2963                         }
2964                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2965                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2966                         /*
2967                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3() will
2968                          * leave the kernel page table page zero filled.
2969                          */
2970                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2971                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
2972                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
2973                 } else
2974                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
2975                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
2976         }
2977
2978         if ((new_l2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2979                 /*
2980                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
2981                  */
2982                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
2983                         SLIST_INIT(&free);
2984                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, l2pg, &free)) {
2985                                 /*
2986                                  * Although "va" is not mapped, paging-structure
2987                                  * caches could nonetheless have entries that
2988                                  * refer to the freed page table pages.
2989                                  * Invalidate those entries.
2990                                  */
2991                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2992                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2993                         }
2994                         CTR2(KTR_PMAP,
2995                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2996                             va, pmap);
2997                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2998                 }
2999                 if ((new_l2 & PTE_W) != 0)
3000                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3001                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3002         }
3003
3004         /*
3005          * Increment counters.
3006          */
3007         if ((new_l2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
3008                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3009         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3010
3011         /*
3012          * Map the superpage.
3013          */
3014         pmap_store(l2, new_l2);
3015
3016         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3017         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3018             va, pmap);
3019
3020         return (KERN_SUCCESS);
3021 }
3022
3023 /*
3024  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3025  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3026  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3027  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3028  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3029  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3030  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3031  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3032  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3033  * corresponding offset from m_start are mapped.
3034  */
3035 void
3036 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3037     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3038 {
3039         struct rwlock *lock;
3040         vm_offset_t va;
3041         vm_page_t m, mpte;
3042         vm_pindex_t diff, psize;
3043
3044         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3045
3046         psize = atop(end - start);
3047         mpte = NULL;
3048         m = m_start;
3049         lock = NULL;
3050         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3051         PMAP_LOCK(pmap);
3052         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3053                 va = start + ptoa(diff);
3054                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3055                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3056                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3057                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3058                 else
3059                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3060                             &lock);
3061                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3062         }
3063         if (lock != NULL)
3064                 rw_wunlock(lock);
3065         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3066         PMAP_UNLOCK(pmap);
3067 }
3068
3069 /*
3070  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3071  * 1. Current pmap & pmap exists.
3072  * 2. Not wired.
3073  * 3. Read access.
3074  * 4. No page table pages.
3075  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3076  */
3077
3078 void
3079 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3080 {
3081         struct rwlock *lock;
3082
3083         lock = NULL;
3084         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3085         PMAP_LOCK(pmap);
3086         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3087         if (lock != NULL)
3088                 rw_wunlock(lock);
3089         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3090         PMAP_UNLOCK(pmap);
3091 }
3092
3093 static vm_page_t
3094 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3095     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3096 {
3097         struct spglist free;
3098         vm_paddr_t phys;
3099         pd_entry_t *l2;
3100         pt_entry_t *l3, newl3;
3101
3102         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3103             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3104             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3105         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3106         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3107
3108         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3109         /*
3110          * In the case that a page table page is not
3111          * resident, we are creating it here.
3112          */
3113         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3114                 vm_pindex_t l2pindex;
3115
3116                 /*
3117                  * Calculate pagetable page index
3118                  */
3119                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3120                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3121                         mpte->ref_count++;
3122                 } else {
3123                         /*
3124                          * Get the l2 entry
3125                          */
3126                         l2 = pmap_l2(pmap, va);
3127
3128                         /*
3129                          * If the page table page is mapped, we just increment
3130                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3131                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3132                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3133                          */
3134                         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
3135                                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
3136                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
3137                                 mpte->ref_count++;
3138                         } else {
3139                                 /*
3140                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3141                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3142                                  */
3143                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3144                                 if (mpte == NULL)
3145                                         return (mpte);
3146                         }
3147                 }
3148                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3149                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3150         } else {
3151                 mpte = NULL;
3152                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
3153         }
3154         if (l3 == NULL)
3155                 panic("pmap_enter_quick_locked: No l3");
3156         if (pmap_load(l3) != 0) {
3157                 if (mpte != NULL) {
3158                         mpte->ref_count--;
3159                         mpte = NULL;
3160                 }
3161                 return (mpte);
3162         }
3163
3164         /*
3165          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3166          */
3167         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3168             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3169                 if (mpte != NULL) {
3170                         SLIST_INIT(&free);
3171                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3172                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3173                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3174                         }
3175                         mpte = NULL;
3176                 }
3177                 return (mpte);
3178         }
3179
3180         /*
3181          * Increment counters
3182          */
3183         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3184
3185         newl3 = ((VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) |
3186             PTE_V | PTE_R;
3187         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3188                 newl3 |= PTE_X;
3189         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3190                 newl3 |= PTE_SW_MANAGED;
3191         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3192                 newl3 |= PTE_U;
3193
3194         /*
3195          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
3196          * if the new PTE is executable.
3197          */
3198         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3199                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
3200
3201         pmap_store(l3, newl3);
3202
3203         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3204         return (mpte);
3205 }
3206
3207 /*
3208  * This code maps large physical mmap regions into the
3209  * processor address space.  Note that some shortcuts
3210  * are taken, but the code works.
3211  */
3212 void
3213 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3214     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3215 {
3216
3217         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3218         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3219             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3220 }
3221
3222 /*
3223  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3224  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3225  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3226  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3227  *
3228  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3229  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3230  */
3231 void
3232 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3233 {
3234         vm_offset_t va_next;
3235         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
3236         pt_entry_t *l3, l3e;
3237         bool pv_lists_locked;
3238
3239         pv_lists_locked = false;
3240 retry:
3241         PMAP_LOCK(pmap);
3242         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3243                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
3244                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3245                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3246                         if (va_next < sva)
3247                                 va_next = eva;
3248                         continue;
3249                 }
3250
3251                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3252                 if (va_next < sva)
3253                         va_next = eva;
3254
3255                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3256                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
3257                         continue;
3258                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
3259                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3260                                 if ((l2e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3261                                         panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3262                                             "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l2e);
3263                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_SW_WIRED);
3264                                 continue;
3265                         } else {
3266                                 if (!pv_lists_locked) {
3267                                         pv_lists_locked = true;
3268                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3269                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3270                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3271                                                 /* Repeat sva. */
3272                                                 goto retry;
3273                                         }
3274                                 }
3275                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva))
3276                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
3277                         }
3278                 }
3279
3280                 if (va_next > eva)
3281                         va_next = eva;
3282                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3283                     sva += L3_SIZE) {
3284                         if ((l3e = pmap_load(l3)) == 0)
3285                                 continue;
3286                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3287                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3288                                     "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l3e);
3289
3290                         /*
3291                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3292                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3293                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3294                          */
3295                         pmap_clear_bits(l3, PTE_SW_WIRED);
3296                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3297                 }
3298         }
3299         if (pv_lists_locked)
3300                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3301         PMAP_UNLOCK(pmap);
3302 }
3303
3304 /*
3305  *      Copy the range specified by src_addr/len
3306  *      from the source map to the range dst_addr/len
3307  *      in the destination map.
3308  *
3309  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3310  */
3311
3312 void
3313 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3314     vm_offset_t src_addr)
3315 {
3316
3317 }
3318
3319 /*
3320  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3321  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3322  */
3323 void
3324 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3325 {
3326         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3327
3328         pagezero((void *)va);
3329 }
3330
3331 /*
3332  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3333  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3334  *
3335  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3336  */
3337 void
3338 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3339 {
3340         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3341
3342         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3343                 pagezero((void *)va);
3344         else
3345                 bzero((char *)va + off, size);
3346 }
3347
3348 /*
3349  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3350  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3351  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3352  *      time.
3353  */
3354 void
3355 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3356 {
3357         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3358         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3359
3360         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3361 }
3362
3363 int unmapped_buf_allowed = 1;
3364
3365 void
3366 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3367     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3368 {
3369         void *a_cp, *b_cp;
3370         vm_page_t m_a, m_b;
3371         vm_paddr_t p_a, p_b;
3372         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3373         int cnt;
3374
3375         while (xfersize > 0) {
3376                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3377                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3378                 p_a = m_a->phys_addr;
3379                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3380                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3381                 p_b = m_b->phys_addr;
3382                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3383                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3384                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3385                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3386                 } else {
3387                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3388                 }
3389                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3390                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3391                 } else {
3392                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3393                 }
3394                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3395                 a_offset += cnt;
3396                 b_offset += cnt;
3397                 xfersize -= cnt;
3398         }
3399 }
3400
3401 vm_offset_t
3402 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3403 {
3404
3405         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3406 }
3407
3408 void
3409 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3410 {
3411 }
3412
3413 /*
3414  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3415  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3416  * be changed upwards or downwards in the future; it
3417  * is only necessary that true be returned for a small
3418  * subset of pmaps for proper page aging.
3419  */
3420 boolean_t
3421 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3422 {
3423         struct md_page *pvh;
3424         struct rwlock *lock;
3425         pv_entry_t pv;
3426         int loops = 0;
3427         boolean_t rv;
3428
3429         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3430             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3431         rv = FALSE;
3432         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3433         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3434         rw_rlock(lock);
3435         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3436                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3437                         rv = TRUE;
3438                         break;
3439                 }
3440                 loops++;
3441                 if (loops >= 16)
3442                         break;
3443         }
3444         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3445                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3446                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3447                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3448                                 rv = TRUE;
3449                                 break;
3450                         }
3451                         loops++;
3452                         if (loops >= 16)
3453                                 break;
3454                 }
3455         }
3456         rw_runlock(lock);
3457         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3458         return (rv);
3459 }
3460
3461 /*
3462  *      pmap_page_wired_mappings:
3463  *
3464  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3465  *      that are wired.
3466  */
3467 int
3468 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3469 {
3470         struct md_page *pvh;
3471         struct rwlock *lock;
3472         pmap_t pmap;
3473         pd_entry_t *l2;
3474         pt_entry_t *l3;
3475         pv_entry_t pv;
3476         int count, md_gen, pvh_gen;
3477
3478         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3479                 return (0);
3480         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3481         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3482         rw_rlock(lock);
3483 restart:
3484         count = 0;
3485         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3486                 pmap = PV_PMAP(pv);
3487                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3488                         md_gen = m->md.pv_gen;
3489                         rw_runlock(lock);
3490                         PMAP_LOCK(pmap);
3491                         rw_rlock(lock);
3492                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3493                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3494                                 goto restart;
3495                         }
3496                 }
3497                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3498                 if ((pmap_load(l3) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3499                         count++;
3500                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3501         }
3502         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3503                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3504                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3505                         pmap = PV_PMAP(pv);
3506                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3507                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3508                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3509                                 rw_runlock(lock);
3510                                 PMAP_LOCK(pmap);
3511                                 rw_rlock(lock);
3512                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3513                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3514                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3515                                         goto restart;
3516                                 }
3517                         }
3518                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3519                         if ((pmap_load(l2) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3520                                 count++;
3521                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3522                 }
3523         }
3524         rw_runlock(lock);
3525         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3526         return (count);
3527 }
3528
3529 /*
3530  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
3531  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
3532  */
3533 bool
3534 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3535 {
3536         struct rwlock *lock;
3537         bool rv;
3538
3539         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3540                 return (false);
3541         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3542         rw_rlock(lock);
3543         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
3544             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3545             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
3546         rw_runlock(lock);
3547         return (rv);
3548 }
3549
3550 static void
3551 pmap_remove_pages_pv(pmap_t pmap, vm_page_t m, pv_entry_t pv,
3552     struct spglist *free, bool superpage)
3553 {
3554         struct md_page *pvh;
3555         vm_page_t mpte, mt;
3556
3557         if (superpage) {
3558                 pmap_resident_count_dec(pmap, Ln_ENTRIES);
3559                 pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3560                 TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3561                 pvh->pv_gen++;
3562                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3563                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3564                                 if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3565                                     (mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0)
3566                                         vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3567                 }
3568                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3569                 if (mpte != NULL) {
3570                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3571                             ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
3572                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3573                         KASSERT(mpte->ref_count == Ln_ENTRIES,
3574                             ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
3575                         mpte->ref_count = 0;
3576                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3577                 }
3578         } else {
3579                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3580                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3581                 m->md.pv_gen++;
3582                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3583                     (m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0) {
3584                         pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3585                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3586                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3587                 }
3588         }
3589 }
3590
3591 /*
3592  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3593  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3594  * caller.
3595  *
3596  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3597  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3598  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3599  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3600  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3601  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3602  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3603  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3604  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3605  * this function starts.
3606  */
3607 void
3608 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3609 {
3610         struct spglist free;
3611         pd_entry_t ptepde;
3612         pt_entry_t *pte, tpte;
3613         vm_page_t m, mt;
3614         pv_entry_t pv;
3615         struct pv_chunk *pc, *npc;
3616         struct rwlock *lock;
3617         int64_t bit;
3618         uint64_t inuse, bitmask;
3619         int allfree, field, freed, idx;
3620         bool superpage;
3621
3622         lock = NULL;
3623
3624         SLIST_INIT(&free);
3625         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3626         PMAP_LOCK(pmap);
3627         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3628                 allfree = 1;
3629                 freed = 0;
3630                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3631                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3632                         while (inuse != 0) {
3633                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3634                                 bitmask = 1UL << bit;
3635                                 idx = field * 64 + bit;
3636                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3637                                 inuse &= ~bitmask;
3638
3639                                 pte = pmap_l1(pmap, pv->pv_va);
3640                                 ptepde = pmap_load(pte);
3641                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, pv->pv_va);
3642                                 tpte = pmap_load(pte);
3643                                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
3644                                         superpage = true;
3645                                 } else {
3646                                         ptepde = tpte;
3647                                         pte = pmap_l2_to_l3(pte, pv->pv_va);
3648                                         tpte = pmap_load(pte);
3649                                         superpage = false;
3650                                 }
3651
3652                                 /*
3653                                  * We cannot remove wired pages from a
3654                                  * process' mapping at this time.
3655                                  */
3656                                 if (tpte & PTE_SW_WIRED) {
3657                                         allfree = 0;
3658                                         continue;
3659                                 }
3660
3661                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(tpte));
3662                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3663                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3664                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3665                                     (uintmax_t)tpte));
3666
3667                                 pmap_clear(pte);
3668
3669                                 /*
3670                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3671                                  */
3672                                 if ((tpte & (PTE_D | PTE_W)) ==
3673                                     (PTE_D | PTE_W)) {
3674                                         if (superpage)
3675                                                 for (mt = m;
3676                                                     mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3677                                                         vm_page_dirty(mt);
3678                                         else
3679                                                 vm_page_dirty(m);
3680                                 }
3681
3682                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3683
3684                                 /* Mark free */
3685                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3686
3687                                 pmap_remove_pages_pv(pmap, m, pv, &free,
3688                                     superpage);
3689                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
3690                                 freed++;
3691                         }
3692                 }
3693                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3694                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3695                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3696                 if (allfree) {
3697                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3698                         free_pv_chunk(pc);
3699                 }
3700         }
3701         if (lock != NULL)
3702                 rw_wunlock(lock);
3703         pmap_invalidate_all(pmap);
3704         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3705         PMAP_UNLOCK(pmap);
3706         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3707 }
3708
3709 static bool
3710 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3711 {
3712         struct md_page *pvh;
3713         struct rwlock *lock;
3714         pd_entry_t *l2;
3715         pt_entry_t *l3, mask;
3716         pv_entry_t pv;
3717         pmap_t pmap;
3718         int md_gen, pvh_gen;
3719         bool rv;
3720
3721         mask = 0;
3722         if (modified)
3723                 mask |= PTE_D;
3724         if (accessed)
3725                 mask |= PTE_A;
3726
3727         rv = FALSE;
3728         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3729         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3730         rw_rlock(lock);
3731 restart:
3732         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3733                 pmap = PV_PMAP(pv);
3734                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3735                         md_gen = m->md.pv_gen;
3736                         rw_runlock(lock);
3737                         PMAP_LOCK(pmap);
3738                         rw_rlock(lock);
3739                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3740                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3741                                 goto restart;
3742                         }
3743                 }
3744                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3745                 rv = (pmap_load(l3) & mask) == mask;
3746                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3747                 if (rv)
3748                         goto out;
3749         }
3750         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3751                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3752                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3753                         pmap = PV_PMAP(pv);
3754                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3755                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3756                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3757                                 rw_runlock(lock);
3758                                 PMAP_LOCK(pmap);
3759                                 rw_rlock(lock);
3760                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3761                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3762                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3763                                         goto restart;
3764                                 }
3765                         }
3766                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3767                         rv = (pmap_load(l2) & mask) == mask;
3768                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3769                         if (rv)
3770                                 goto out;
3771                 }
3772         }
3773 out:
3774         rw_runlock(lock);
3775         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3776         return (rv);
3777 }
3778
3779 /*
3780  *      pmap_is_modified:
3781  *
3782  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3783  *      in any physical maps.
3784  */
3785 boolean_t
3786 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3787 {
3788
3789         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3790             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3791
3792         /*
3793          * If the page is not busied then this check is racy.
3794          */
3795         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3796                 return (FALSE);
3797         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3798 }
3799
3800 /*
3801  *      pmap_is_prefaultable:
3802  *
3803  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3804  *      for prefault.
3805  */
3806 boolean_t
3807 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3808 {
3809         pt_entry_t *l3;
3810         boolean_t rv;
3811
3812         rv = FALSE;
3813         PMAP_LOCK(pmap);
3814         l3 = pmap_l3(pmap, addr);
3815         if (l3 != NULL && pmap_load(l3) != 0) {
3816                 rv = TRUE;
3817         }
3818         PMAP_UNLOCK(pmap);
3819         return (rv);
3820 }
3821
3822 /*
3823  *      pmap_is_referenced:
3824  *
3825  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3826  *      in any physical maps.
3827  */
3828 boolean_t
3829 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3830 {
3831
3832         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3833             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3834         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3835 }
3836
3837 /*
3838  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3839  */
3840 void
3841 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3842 {
3843         struct md_page *pvh;
3844         struct rwlock *lock;
3845         pmap_t pmap;
3846         pd_entry_t *l2;
3847         pt_entry_t *l3, oldl3, newl3;
3848         pv_entry_t next_pv, pv;
3849         vm_offset_t va;
3850         int md_gen, pvh_gen;
3851
3852         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3853             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3854         vm_page_assert_busied(m);
3855
3856         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3857                 return;
3858         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3859         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3860             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3861         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3862 retry_pv_loop:
3863         rw_wlock(lock);
3864         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3865                 pmap = PV_PMAP(pv);
3866                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3867                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3868                         rw_wunlock(lock);
3869                         PMAP_LOCK(pmap);
3870                         rw_wlock(lock);
3871                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3872                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3873                                 rw_wunlock(lock);
3874                                 goto retry_pv_loop;
3875                         }
3876                 }
3877                 va = pv->pv_va;
3878                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3879                 if ((pmap_load(l2) & PTE_W) != 0)
3880                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
3881                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3882                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3883                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3884                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3885         }
3886         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3887                 pmap = PV_PMAP(pv);
3888                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3889                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3890                         md_gen = m->md.pv_gen;
3891                         rw_wunlock(lock);
3892                         PMAP_LOCK(pmap);
3893                         rw_wlock(lock);
3894                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3895                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3896                                 rw_wunlock(lock);
3897                                 goto retry_pv_loop;
3898                         }
3899                 }
3900                 l3 = pmap_l3(pmap, pv->pv_va);
3901                 oldl3 = pmap_load(l3);
3902 retry:
3903                 if ((oldl3 & PTE_W) != 0) {
3904                         newl3 = oldl3 & ~(PTE_D | PTE_W);
3905                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3, newl3))
3906                                 goto retry;
3907                         if ((oldl3 & PTE_D) != 0)
3908                                 vm_page_dirty(m);
3909                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3910                 }
3911                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3912         }
3913         rw_wunlock(lock);
3914         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3915         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3916 }
3917
3918 /*
3919  *      pmap_ts_referenced:
3920  *
3921  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3922  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3923  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3924  *      reference bits set.
3925  *
3926  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3927  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3928  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3929  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3930  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3931  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3932  *      to pmap_is_modified().
3933  */
3934 int
3935 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3936 {
3937         struct spglist free;
3938         struct md_page *pvh;
3939         struct rwlock *lock;
3940         pv_entry_t pv, pvf;
3941         pmap_t pmap;
3942         pd_entry_t *l2, l2e;
3943         pt_entry_t *l3, l3e;
3944         vm_paddr_t pa;
3945         vm_offset_t va;
3946         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
3947
3948         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3949             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
3950         SLIST_INIT(&free);
3951         cleared = 0;
3952         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3953         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
3954
3955         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
3956         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3957         rw_wlock(lock);
3958 retry:
3959         not_cleared = 0;
3960         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
3961                 goto small_mappings;
3962         pv = pvf;
3963         do {
3964                 pmap = PV_PMAP(pv);
3965                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3966                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3967                         rw_wunlock(lock);
3968                         PMAP_LOCK(pmap);
3969                         rw_wlock(lock);
3970                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3971                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3972                                 goto retry;
3973                         }
3974                 }
3975                 va = pv->pv_va;
3976                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3977                 l2e = pmap_load(l2);
3978                 if ((l2e & (PTE_W | PTE_D)) == (PTE_W | PTE_D)) {
3979                         /*
3980                          * Although l2e is mapping a 2MB page, because
3981                          * this function is called at a 4KB page granularity,
3982                          * we only update the 4KB page under test.
3983                          */
3984                         vm_page_dirty(m);
3985                 }
3986                 if ((l2e & PTE_A) != 0) {
3987                         /*
3988                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
3989                          * pages, it should not be cleared every time it is
3990                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
3991                          * physical page number, the virtual superpage number,
3992                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
3993                          * the 512 on which testing the reference bit will
3994                          * result in clearing that reference bit.  This
3995                          * function is designed to avoid the selection of the
3996                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
3997                          *
3998                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
3999                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4000                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4001                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4002                          * since the superpage is wired, the current state of
4003                          * its reference bit won't affect page replacement.
4004                          */
4005                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4006                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4007                             (l2e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4008                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_A);
4009                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4010                                 cleared++;
4011                         } else
4012                                 not_cleared++;
4013                 }
4014                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4015                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4016                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4017                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4018                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4019                         pvh->pv_gen++;
4020                 }
4021                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4022                         goto out;
4023         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4024 small_mappings:
4025         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4026                 goto out;
4027         pv = pvf;
4028         do {
4029                 pmap = PV_PMAP(pv);
4030                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4031                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4032                         md_gen = m->md.pv_gen;
4033                         rw_wunlock(lock);
4034                         PMAP_LOCK(pmap);
4035                         rw_wlock(lock);
4036                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4037                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4038                                 goto retry;
4039                         }
4040                 }
4041                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4042
4043                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RX) == 0,
4044                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4045
4046                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4047                 l3e = pmap_load(l3);
4048                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
4049                         vm_page_dirty(m);
4050                 if ((l3e & PTE_A) != 0) {
4051                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4052                                 /*
4053                                  * Wired pages cannot be paged out so
4054                                  * doing accessed bit emulation for
4055                                  * them is wasted effort. We do the
4056                                  * hard work for unwired pages only.
4057                                  */
4058                                 pmap_clear_bits(l3, PTE_A);
4059                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4060                                 cleared++;
4061                         } else
4062                                 not_cleared++;
4063                 }
4064                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4065                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4066                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4067                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4068                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4069                         m->md.pv_gen++;
4070                 }
4071         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4072             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4073 out:
4074         rw_wunlock(lock);
4075         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4076         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4077         return (cleared + not_cleared);
4078 }
4079
4080 /*
4081  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4082  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4083  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4084  */
4085 void
4086 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4087 {
4088 }
4089
4090 /*
4091  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4092  */
4093 void
4094 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4095 {
4096         struct md_page *pvh;
4097         struct rwlock *lock;
4098         pmap_t pmap;
4099         pv_entry_t next_pv, pv;
4100         pd_entry_t *l2, oldl2;
4101         pt_entry_t *l3;
4102         vm_offset_t va;
4103         int md_gen, pvh_gen;
4104
4105         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4106             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4107         vm_page_assert_busied(m);
4108
4109         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4110                 return;
4111
4112         /*
4113          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4114          * If the object containing the page is locked and the page is not
4115          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4116          */
4117         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4118                 return;
4119         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4120             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4121         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4122         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4123         rw_wlock(lock);
4124 restart:
4125         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4126                 pmap = PV_PMAP(pv);
4127                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4128                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4129                         rw_wunlock(lock);
4130                         PMAP_LOCK(pmap);
4131                         rw_wlock(lock);
4132                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4133                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4134                                 goto restart;
4135                         }
4136                 }
4137                 va = pv->pv_va;
4138                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4139                 oldl2 = pmap_load(l2);
4140                 /* If oldl2 has PTE_W set, then it also has PTE_D set. */
4141                 if ((oldl2 & PTE_W) != 0 &&
4142                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
4143                     (oldl2 & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4144                         /*
4145                          * Write protect the mapping to a single page so that
4146                          * a subsequent write access may repromote.
4147                          */
4148                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - PTE_TO_PHYS(oldl2);
4149                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4150                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4151                         vm_page_dirty(m);
4152                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4153                 }
4154                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4155         }
4156         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4157                 pmap = PV_PMAP(pv);
4158                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4159                         md_gen = m->md.pv_gen;
4160                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4161                         rw_wunlock(lock);
4162                         PMAP_LOCK(pmap);
4163                         rw_wlock(lock);
4164                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4165                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4166                                 goto restart;
4167                         }
4168                 }
4169                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4170                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
4171                     ("pmap_clear_modify: found a 2mpage in page %p's pv list",
4172                     m));
4173                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4174                 if ((pmap_load(l3) & (PTE_D | PTE_W)) == (PTE_D | PTE_W)) {
4175                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4176                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4177                 }
4178                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4179         }
4180         rw_wunlock(lock);
4181         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4182 }
4183
4184 void *
4185 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4186 {
4187
4188         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4189 }
4190
4191 void
4192 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4193 {
4194 }
4195
4196 /*
4197  * Sets the memory attribute for the specified page.
4198  */
4199 void
4200 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4201 {
4202
4203         m->md.pv_memattr = ma;
4204 }
4205
4206 /*
4207  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
4208  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
4209  * find other mappings.
4210  */
4211 int
4212 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
4213 {
4214         pt_entry_t *l2, *l3, tpte;
4215         vm_paddr_t pa;
4216         int val;
4217         bool managed;
4218
4219         PMAP_LOCK(pmap);
4220         l2 = pmap_l2(pmap, addr);
4221         if (l2 != NULL && ((tpte = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0) {
4222                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
4223                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L2_OFFSET);
4224                         val = MINCORE_INCORE | MINCORE_SUPER;
4225                 } else {
4226                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, addr);
4227                         tpte = pmap_load(l3);
4228                         if ((tpte & PTE_V) == 0) {
4229                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4230                                 return (0);
4231                         }
4232                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L3_OFFSET);
4233                         val = MINCORE_INCORE;
4234                 }
4235
4236                 if ((tpte & PTE_D) != 0)
4237                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4238                 if ((tpte & PTE_A) != 0)
4239                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4240                 managed = (tpte & PTE_SW_MANAGED) == PTE_SW_MANAGED;
4241         } else {
4242                 managed = false;
4243                 val = 0;
4244         }
4245         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4246             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4247                 *pap = pa;
4248         }
4249         PMAP_UNLOCK(pmap);
4250         return (val);
4251 }
4252
4253 void
4254 pmap_activate_sw(struct thread *td)
4255 {
4256         pmap_t oldpmap, pmap;
4257         u_int hart;
4258
4259         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4260         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4261         if (pmap == oldpmap)
4262                 return;
4263         load_satp(pmap->pm_satp);
4264
4265         hart = PCPU_GET(hart);
4266 #ifdef SMP
4267         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4268         CPU_CLR_ATOMIC(hart, &oldpmap->pm_active);
4269 #else
4270         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4271         CPU_CLR(hart, &oldpmap->pm_active);
4272 #endif
4273         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4274
4275         sfence_vma();
4276 }
4277
4278 void
4279 pmap_activate(struct thread *td)
4280 {
4281
4282         critical_enter();
4283         pmap_activate_sw(td);
4284         critical_exit();
4285 }
4286
4287 void
4288 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
4289 {
4290         u_int hart;
4291
4292         hart = PCPU_GET(hart);
4293 #ifdef SMP
4294         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4295 #else
4296         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4297 #endif
4298         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4299 }
4300
4301 void
4302 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4303 {
4304         cpuset_t mask;
4305
4306         /*
4307          * From the RISC-V User-Level ISA V2.2:
4308          *
4309          * "To make a store to instruction memory visible to all
4310          * RISC-V harts, the writing hart has to execute a data FENCE
4311          * before requesting that all remote RISC-V harts execute a
4312          * FENCE.I."
4313          *
4314          * However, this is slightly misleading; we still need to
4315          * perform a FENCE.I for the local hart, as FENCE does nothing
4316          * for its icache. FENCE.I alone is also sufficient for the
4317          * local hart.
4318          */
4319         sched_pin();
4320         mask = all_harts;
4321         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
4322         fence_i();
4323         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started) {
4324                 fence();
4325                 sbi_remote_fence_i(mask.__bits);
4326         }
4327         sched_unpin();
4328 }
4329
4330 /*
4331  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4332  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4333  */
4334 void
4335 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4336     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4337 {
4338         vm_offset_t superpage_offset;
4339
4340         if (size < L2_SIZE)
4341                 return;
4342         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4343                 offset += ptoa(object->pg_color);
4344         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4345         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4346             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4347                 return;
4348         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4349                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4350         else
4351                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4352 }
4353
4354 /**
4355  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4356  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4357  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4358  *
4359  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4360  *                    address on the kernel memory map.
4361  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4362  *                    of the pages passed in the page parameter.
4363  * \param count       Number of pages passed in.
4364  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4365  *                    page faults, FALSE otherwise.
4366  *
4367  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4368  *          finished or FALSE otherwise.
4369  *
4370  */
4371 boolean_t
4372 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4373     boolean_t can_fault)
4374 {
4375         vm_paddr_t paddr;
4376         boolean_t needs_mapping;
4377         int error, i;
4378
4379         /*
4380          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4381          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4382          */
4383         needs_mapping = FALSE;
4384         for (i = 0; i < count; i++) {
4385                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4386                 if (__predict_false(paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR)) {
4387                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4388                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4389                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4390                         needs_mapping = TRUE;
4391                 } else {
4392                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4393                 }
4394         }
4395
4396         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4397         if (!needs_mapping)
4398                 return (FALSE);
4399
4400         if (!can_fault)
4401                 sched_pin();
4402         for (i = 0; i < count; i++) {
4403                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4404                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4405                         panic(
4406                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4407                 }
4408         }
4409
4410         return (needs_mapping);
4411 }
4412
4413 void
4414 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4415     boolean_t can_fault)
4416 {
4417         vm_paddr_t paddr;
4418         int i;
4419
4420         if (!can_fault)
4421                 sched_unpin();
4422         for (i = 0; i < count; i++) {
4423                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4424                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4425                         panic("RISCVTODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4426                 }
4427         }
4428 }
4429
4430 boolean_t
4431 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
4432 {
4433
4434         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
4435 }
4436
4437 bool
4438 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l1, pd_entry_t **l2,
4439     pt_entry_t **l3)
4440 {
4441         pd_entry_t *l1p, *l2p;
4442
4443         /* Get l1 directory entry. */
4444         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4445         *l1 = l1p;
4446
4447         if (l1p == NULL || (pmap_load(l1p) & PTE_V) == 0)
4448                 return (false);
4449
4450         if ((pmap_load(l1p) & PTE_RX) != 0) {
4451                 *l2 = NULL;
4452                 *l3 = NULL;
4453                 return (true);
4454         }
4455
4456         /* Get l2 directory entry. */
4457         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
4458         *l2 = l2p;
4459
4460         if (l2p == NULL || (pmap_load(l2p) & PTE_V) == 0)
4461                 return (false);
4462
4463         if ((pmap_load(l2p) & PTE_RX) != 0) {
4464                 *l3 = NULL;
4465                 return (true);
4466         }
4467
4468         /* Get l3 page table entry. */
4469         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
4470
4471         return (true);
4472 }
4473
4474 /*
4475  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
4476  * in various mapping attributes.
4477  */
4478 struct pmap_kernel_map_range {
4479         vm_offset_t sva;
4480         pt_entry_t attrs;
4481         int l3pages;
4482         int l2pages;
4483         int l1pages;
4484 };
4485
4486 static void
4487 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4488     vm_offset_t eva)
4489 {
4490
4491         if (eva <= range->sva)
4492                 return;
4493
4494         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %d %d %d\n",
4495             range->sva, eva,
4496             (range->attrs & PTE_W) == PTE_W ? 'w' : '-',
4497             (range->attrs & PTE_X) == PTE_X ? 'x' : '-',
4498             (range->attrs & PTE_U) == PTE_U ? 'u' : 's',
4499             (range->attrs & PTE_G) == PTE_G ? 'g' : '-',
4500             range->l1pages, range->l2pages, range->l3pages);
4501
4502         /* Reset to sentinel value. */
4503         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
4504 }
4505
4506 /*
4507  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
4508  * being tracked by the current range.
4509  */
4510 static bool
4511 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
4512 {
4513
4514         return (range->attrs == attrs);
4515 }
4516
4517 static void
4518 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
4519     pt_entry_t attrs)
4520 {
4521
4522         memset(range, 0, sizeof(*range));
4523         range->sva = va;
4524         range->attrs = attrs;
4525 }
4526
4527 /*
4528  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes. If they do not match
4529  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
4530  * begin a new run.
4531  */
4532 static void
4533 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4534     vm_offset_t va, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e, pt_entry_t l3e)
4535 {
4536         pt_entry_t attrs;
4537
4538         /* The PTE global bit is inherited by lower levels. */
4539         attrs = l1e & PTE_G;
4540         if ((l1e & PTE_RWX) != 0)
4541                 attrs |= l1e & (PTE_RWX | PTE_U);
4542         else if (l2e != 0)
4543                 attrs |= l2e & PTE_G;
4544         if ((l2e & PTE_RWX) != 0)
4545                 attrs |= l2e & (PTE_RWX | PTE_U);
4546         else if (l3e != 0)
4547                 attrs |= l3e & (PTE_RWX | PTE_U | PTE_G);
4548
4549         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
4550                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
4551                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
4552         }
4553 }
4554
4555 static int
4556 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4557 {
4558         struct pmap_kernel_map_range range;
4559         struct sbuf sbuf, *sb;
4560         pd_entry_t l1e, *l2, l2e;
4561         pt_entry_t *l3, l3e;
4562         vm_offset_t sva;
4563         vm_paddr_t pa;
4564         int error, i, j, k;
4565
4566         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4567         if (error != 0)
4568                 return (error);
4569         sb = &sbuf;
4570         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
4571
4572         /* Sentinel value. */
4573         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
4574
4575         /*
4576          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
4577          * lock. Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
4578          * observe inconsistencies in the output.
4579          */
4580         sva = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4581         for (i = pmap_l1_index(sva); i < Ln_ENTRIES; i++) {
4582                 if (i == pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
4583                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
4584                 else if (i == pmap_l1_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
4585                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
4586
4587                 l1e = kernel_pmap->pm_l1[i];
4588                 if ((l1e & PTE_V) == 0) {
4589                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4590                         sva += L1_SIZE;
4591                         continue;
4592                 }
4593                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4594                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, 0, 0);
4595                         range.l1pages++;
4596                         sva += L1_SIZE;
4597                         continue;
4598                 }
4599                 pa = PTE_TO_PHYS(l1e);
4600                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4601
4602                 for (j = pmap_l2_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4603                         l2e = l2[j];
4604                         if ((l2e & PTE_V) == 0) {
4605                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4606                                 sva += L2_SIZE;
4607                                 continue;
4608                         }
4609                         if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4610                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, l2e, 0);
4611                                 range.l2pages++;
4612                                 sva += L2_SIZE;
4613                                 continue;
4614                         }
4615                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
4616                         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4617
4618                         for (k = pmap_l3_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++,
4619                             sva += L3_SIZE) {
4620                                 l3e = l3[k];
4621                                 if ((l3e & PTE_V) == 0) {
4622                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4623                                         continue;
4624                                 }
4625                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
4626                                     l1e, l2e, l3e);
4627                                 range.l3pages++;
4628                         }
4629                 }
4630         }
4631
4632         error = sbuf_finish(sb);
4633         sbuf_delete(sb);
4634         return (error);
4635 }
4636 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
4637     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4638     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
4639     "Dump kernel address layout");