]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.0.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Fix iconv(3) NULL pointer dereference and out-of-bounds array
[FreeBSD/releng/10.0.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bus.h>
108 #include <sys/systm.h>
109 #include <sys/kernel.h>
110 #include <sys/ktr.h>
111 #include <sys/lock.h>
112 #include <sys/malloc.h>
113 #include <sys/mman.h>
114 #include <sys/mutex.h>
115 #include <sys/proc.h>
116 #include <sys/rwlock.h>
117 #include <sys/sx.h>
118 #include <sys/vmmeter.h>
119 #include <sys/sched.h>
120 #include <sys/sysctl.h>
121 #include <sys/_unrhdr.h>
122 #include <sys/smp.h>
123
124 #include <vm/vm.h>
125 #include <vm/vm_param.h>
126 #include <vm/vm_kern.h>
127 #include <vm/vm_page.h>
128 #include <vm/vm_map.h>
129 #include <vm/vm_object.h>
130 #include <vm/vm_extern.h>
131 #include <vm/vm_pageout.h>
132 #include <vm/vm_pager.h>
133 #include <vm/vm_radix.h>
134 #include <vm/vm_reserv.h>
135 #include <vm/uma.h>
136
137 #include <machine/intr_machdep.h>
138 #include <machine/apicvar.h>
139 #include <machine/cpu.h>
140 #include <machine/cputypes.h>
141 #include <machine/md_var.h>
142 #include <machine/pcb.h>
143 #include <machine/specialreg.h>
144 #ifdef SMP
145 #include <machine/smp.h>
146 #endif
147
148 static __inline boolean_t
149 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
150 {
151
152         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
153 }
154
155 static __inline pt_entry_t
156 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
157 {
158         pt_entry_t mask;
159
160         switch (pmap->pm_type) {
161         case PT_X86:
162                 mask = X86_PG_V;
163                 break;
164         case PT_EPT:
165                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
166                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
167                 else
168                         mask = EPT_PG_READ;
169                 break;
170         default:
171                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
172         }
173
174         return (mask);
175 }
176
177 static __inline pt_entry_t
178 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
179 {
180         pt_entry_t mask;
181
182         switch (pmap->pm_type) {
183         case PT_X86:
184                 mask = X86_PG_RW;
185                 break;
186         case PT_EPT:
187                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
188                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
189                 else
190                         mask = EPT_PG_WRITE;
191                 break;
192         default:
193                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
194         }
195
196         return (mask);
197 }
198
199 static __inline pt_entry_t
200 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
201 {
202         pt_entry_t mask;
203
204         switch (pmap->pm_type) {
205         case PT_X86:
206                 mask = X86_PG_G;
207                 break;
208         case PT_EPT:
209                 mask = 0;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static __inline pt_entry_t
219 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
220 {
221         pt_entry_t mask;
222
223         switch (pmap->pm_type) {
224         case PT_X86:
225                 mask = X86_PG_A;
226                 break;
227         case PT_EPT:
228                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
229                         mask = EPT_PG_READ;
230                 else
231                         mask = EPT_PG_A;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static __inline pt_entry_t
241 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
242 {
243         pt_entry_t mask;
244
245         switch (pmap->pm_type) {
246         case PT_X86:
247                 mask = X86_PG_M;
248                 break;
249         case PT_EPT:
250                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
251                         mask = EPT_PG_WRITE;
252                 else
253                         mask = EPT_PG_M;
254                 break;
255         default:
256                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
257         }
258
259         return (mask);
260 }
261
262 #if !defined(DIAGNOSTIC)
263 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
264 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
265 #else
266 #define PMAP_INLINE     extern inline
267 #endif
268 #else
269 #define PMAP_INLINE
270 #endif
271
272 #ifdef PV_STATS
273 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
274 #else
275 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
276 #endif
277
278 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
279 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
280
281 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
282
283 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
284                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
285
286 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
287         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
288         struct rwlock *_new_lock;                       \
289                                                         \
290         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
291         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
292                 if (*_lockp != NULL)                    \
293                         rw_wunlock(*_lockp);            \
294                 *_lockp = _new_lock;                    \
295                 rw_wlock(*_lockp);                      \
296         }                                               \
297 } while (0)
298
299 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
300                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
301
302 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
303         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
304                                                         \
305         if (*_lockp != NULL) {                          \
306                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
307                 *_lockp = NULL;                         \
308         }                                               \
309 } while (0)
310
311 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
312                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
313
314 struct pmap kernel_pmap_store;
315
316 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
317 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
318
319 int nkpt;
320 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
321     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
322
323 static int ndmpdp;
324 static vm_paddr_t dmaplimit;
325 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
326 pt_entry_t pg_nx;
327
328 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
329
330 static int pat_works = 1;
331 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
332     "Is page attribute table fully functional?");
333
334 static int pg_ps_enabled = 1;
335 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
336     "Are large page mappings enabled?");
337
338 #define PAT_INDEX_SIZE  8
339 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
340
341 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
342 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
343 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
344 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
345
346 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
347 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
348 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
349
350 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
351
352 /*
353  * Data for the pv entry allocation mechanism
354  */
355 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
356 static struct mtx pv_chunks_mutex;
357 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
358 static struct md_page *pv_table;
359
360 /*
361  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
362  */
363 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
364 caddr_t CADDR1 = 0;
365
366 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
367
368 static struct unrhdr pcid_unr;
369 static struct mtx pcid_mtx;
370 int pmap_pcid_enabled = 0;
371 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pmap_pcid_enabled,
372     0, "Is TLB Context ID enabled ?");
373 int invpcid_works = 0;
374 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
375     "Is the invpcid instruction available ?");
376
377 static int
378 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
379 {
380         int i;
381         uint64_t res;
382
383         res = 0;
384         CPU_FOREACH(i) {
385                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
386         }
387         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
388 }
389 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
390     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
391     "Count of saved TLB context on switch");
392
393 /*
394  * Crashdump maps.
395  */
396 static caddr_t crashdumpmap;
397
398 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
399 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
400 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
401 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
402 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
403 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
404                     struct rwlock **lockp);
405 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
406                     struct rwlock **lockp);
407 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
408                     struct rwlock **lockp);
409 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
410                     struct rwlock **lockp);
411 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
412 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
413                     vm_offset_t va);
414
415 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
416 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
417 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
418     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
419 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
420     vm_offset_t va);
421 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
422     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
423 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
424     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
425 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
426 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
427 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
428 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
429 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
430 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
431     struct rwlock **lockp);
432 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
433     vm_prot_t prot);
434 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
435 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
436     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
437 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
438     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
439 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
440 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
441     struct spglist *free);
442 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
443     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
444 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
445     pd_entry_t newpde);
446 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
447
448 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
449                 struct rwlock **lockp);
450 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
451                 struct rwlock **lockp);
452 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
453                 struct rwlock **lockp);
454
455 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
456     struct spglist *free);
457 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
458 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
459
460 /*
461  * Move the kernel virtual free pointer to the next
462  * 2MB.  This is used to help improve performance
463  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
464  * (.text, .data, .bss)
465  */
466 static vm_offset_t
467 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
468 {
469         vm_offset_t newaddr = addr;
470
471         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
472         return (newaddr);
473 }
474
475 /********************/
476 /* Inline functions */
477 /********************/
478
479 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
480 static __inline vm_pindex_t
481 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
482 {
483         return (va >> PDRSHIFT);
484 }
485
486
487 /* Return various clipped indexes for a given VA */
488 static __inline vm_pindex_t
489 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
490 {
491
492         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
493 }
494
495 static __inline vm_pindex_t
496 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
497 {
498
499         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
500 }
501
502 static __inline vm_pindex_t
503 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
504 {
505
506         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
507 }
508
509 static __inline vm_pindex_t
510 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
511 {
512
513         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
514 }
515
516 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
517 static __inline pml4_entry_t *
518 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
519 {
520
521         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
522 }
523
524 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
525 static __inline pdp_entry_t *
526 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
527 {
528         pdp_entry_t *pdpe;
529
530         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
531         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
532 }
533
534 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
535 static __inline pdp_entry_t *
536 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
537 {
538         pml4_entry_t *pml4e;
539         pt_entry_t PG_V;
540
541         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
542         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
543         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
544                 return (NULL);
545         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
546 }
547
548 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
549 static __inline pd_entry_t *
550 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
551 {
552         pd_entry_t *pde;
553
554         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
555         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
556 }
557
558 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
559 static __inline pd_entry_t *
560 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
561 {
562         pdp_entry_t *pdpe;
563         pt_entry_t PG_V;
564
565         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
566         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
567         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
568                 return (NULL);
569         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
570 }
571
572 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
573 static __inline pt_entry_t *
574 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
575 {
576         pt_entry_t *pte;
577
578         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
579         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
580 }
581
582 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
583 static __inline pt_entry_t *
584 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
585 {
586         pd_entry_t *pde;
587         pt_entry_t PG_V;
588
589         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
590         pde = pmap_pde(pmap, va);
591         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
592                 return (NULL);
593         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
594                 return ((pt_entry_t *)pde);
595         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
596 }
597
598 static __inline void
599 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
600 {
601
602         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
603         pmap->pm_stats.resident_count += count;
604 }
605
606 static __inline void
607 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
608 {
609
610         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
611         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
612 }
613
614 PMAP_INLINE pt_entry_t *
615 vtopte(vm_offset_t va)
616 {
617         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
618
619         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
620
621         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
622 }
623
624 static __inline pd_entry_t *
625 vtopde(vm_offset_t va)
626 {
627         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
628
629         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
630
631         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
632 }
633
634 static u_int64_t
635 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
636 {
637         u_int64_t ret;
638
639         ret = *firstaddr;
640         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
641         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
642         return (ret);
643 }
644
645 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
646
647 /* number of kernel PDP slots */
648 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
649
650 static void
651 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
652 {
653         int pt_pages;
654         
655 #ifdef NKPT
656         pt_pages = NKPT;
657 #else
658         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
659         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
660
661         /*
662          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
663          * the kernel.
664          *
665          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
666          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
667          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
668          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
669          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
670          * physical memory.
671          */
672         pt_pages += 8;          /* 16MB additional slop for kernel modules */
673 #endif
674         nkpt = pt_pages;
675 }
676
677 static void
678 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
679 {
680         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
681         pt_entry_t *pt_p;
682         pd_entry_t *pd_p;
683         pdp_entry_t *pdp_p;
684         pml4_entry_t *p4_p;
685
686         /* Allocate page table pages for the direct map */
687         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
688         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
689                 ndmpdp = 4;
690         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
691         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
692                 /*
693                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
694                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
695                  */
696                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
697                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
698                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
699                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
700         }
701         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
702         ndm1g = 0;
703         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
704                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
705         if (ndm1g < ndmpdp)
706                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
707         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
708
709         /* Allocate pages */
710         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
711         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
712
713         /*
714          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
715          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
716          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
717          * build in too much slop in our estimate.
718          *
719          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
720          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
721          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
722          */
723         nkpt_init(*firstaddr);
724         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
725
726         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
727         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
728
729         /* Fill in the underlying page table pages */
730         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
731         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
732         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
733         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
734                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
735
736         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
737         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
738         for (i = 0; i < nkpt; i++)
739                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
740
741         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
742         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
743         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
744                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
745                     X86_PG_G;
746
747         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
748         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
749         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
750                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
751                     PG_U;
752
753         /*
754          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
755          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
756          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
757          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
758          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
759          * that are partially used. 
760          */
761         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
762         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
763                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
764                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
765                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
766                     X86_PG_M | X86_PG_A;
767         }
768         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
769         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
770                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
771                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
772                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
773                     X86_PG_M | X86_PG_A;
774         }
775         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
776                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
777                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
778         }
779
780         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
781         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
782         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
783         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
784
785         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
786         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
787                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
788                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
789         }
790
791         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
792         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
793                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
794                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
795         }
796 }
797
798 /*
799  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
800  *
801  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
802  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
803  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
804  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
805  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
806  *      (physical) address starting relative to 0]
807  */
808 void
809 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
810 {
811         vm_offset_t va;
812         pt_entry_t *pte, *unused;
813
814         /*
815          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
816          */
817         create_pagetables(firstaddr);
818
819         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
820         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
821
822         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
823
824
825         /* XXX do %cr0 as well */
826         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
827         load_cr3(KPML4phys);
828         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
829                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
830
831         /*
832          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
833          */
834         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
835         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
836         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
837         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
838         CPU_ZERO(&kernel_pmap->pm_save);
839         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
840         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
841
842         /*
843          * Initialize the global pv list lock.
844          */
845         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
846
847         /*
848          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
849          * mapping of pages.
850          */
851 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
852         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
853
854         va = virtual_avail;
855         pte = vtopte(va);
856
857         /*
858          * CMAP1 is only used for the memory test.
859          */
860         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
861
862         /*
863          * Crashdump maps.
864          */
865         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
866
867         virtual_avail = va;
868
869         /* Initialize the PAT MSR. */
870         pmap_init_pat();
871
872         /* Initialize TLB Context Id. */
873         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
874         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
875                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
876                 mtx_init(&pcid_mtx, "pcid", NULL, MTX_DEF);
877                 init_unrhdr(&pcid_unr, 1, (1 << 12) - 1, &pcid_mtx);
878                 /* Check for INVPCID support */
879                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
880                     != 0;
881                 kernel_pmap->pm_pcid = 0;
882 #ifndef SMP
883                 pmap_pcid_enabled = 0;
884 #endif
885         } else
886                 pmap_pcid_enabled = 0;
887 }
888
889 /*
890  * Setup the PAT MSR.
891  */
892 void
893 pmap_init_pat(void)
894 {
895         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
896         uint64_t pat_msr;
897         u_long cr0, cr4;
898         int i;
899
900         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
901         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
902                 panic("no PAT??");
903
904         /* Set default PAT index table. */
905         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
906                 pat_table[i] = -1;
907         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
908         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
909         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
910         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
911         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
912         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
913
914         /* Initialize default PAT entries. */
915         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
916             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
917             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
918             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
919             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
920             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
921             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
922             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
923
924         if (pat_works) {
925                 /*
926                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
927                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
928                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
929                  */
930                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
931                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
932                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
933                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
934                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
935                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
936         } else {
937                 /*
938                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
939                  */
940                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
941                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
942                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
943         }
944
945         /* Disable PGE. */
946         cr4 = rcr4();
947         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
948
949         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
950         cr0 = rcr0();
951         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
952
953         /* Flushes caches and TLBs. */
954         wbinvd();
955         invltlb();
956
957         /* Update PAT and index table. */
958         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
959         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
960                 pat_index[i] = pat_table[i];
961
962         /* Flush caches and TLBs again. */
963         wbinvd();
964         invltlb();
965
966         /* Restore caches and PGE. */
967         load_cr0(cr0);
968         load_cr4(cr4);
969 }
970
971 /*
972  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
973  */
974 void
975 pmap_page_init(vm_page_t m)
976 {
977
978         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
979         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
980 }
981
982 /*
983  *      Initialize the pmap module.
984  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
985  *      system needs to map virtual memory.
986  */
987 void
988 pmap_init(void)
989 {
990         vm_page_t mpte;
991         vm_size_t s;
992         int i, pv_npg;
993
994         /*
995          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
996          * page table pages.
997          */ 
998         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
999                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1000                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1001                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1002                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1003                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1004                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1005         }
1006
1007         /*
1008          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
1009          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
1010          * machine monitor.
1011          */
1012         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
1013             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
1014                 workaround_erratum383 = 1;
1015
1016         /*
1017          * Are large page mappings enabled?
1018          */
1019         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1020         if (pg_ps_enabled) {
1021                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1022                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1023                 pagesizes[1] = NBPDR;
1024         }
1025
1026         /*
1027          * Initialize the pv chunk list mutex.
1028          */
1029         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1030
1031         /*
1032          * Initialize the pool of pv list locks.
1033          */
1034         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1035                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1036
1037         /*
1038          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1039          */
1040         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
1041         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
1042
1043         /*
1044          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1045          */
1046         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1047         s = round_page(s);
1048         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1049             M_WAITOK | M_ZERO);
1050         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1051                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1052 }
1053
1054 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1055     "2MB page mapping counters");
1056
1057 static u_long pmap_pde_demotions;
1058 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1059     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1060
1061 static u_long pmap_pde_mappings;
1062 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1063     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1064
1065 static u_long pmap_pde_p_failures;
1066 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1067     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1068
1069 static u_long pmap_pde_promotions;
1070 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1071     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1072
1073 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1074     "1GB page mapping counters");
1075
1076 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1077 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1078     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1079
1080 /***************************************************
1081  * Low level helper routines.....
1082  ***************************************************/
1083
1084 static pt_entry_t
1085 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1086 {
1087         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1088
1089         switch (pmap->pm_type) {
1090         case PT_X86:
1091                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1092                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1093                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1094
1095                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1096                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1097                         entry ^= x86_pat_bits;
1098                 break;
1099         case PT_EPT:
1100                 /*
1101                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1102                  * the same way for regular pages and superpages.
1103                  */
1104                 break;
1105         default:
1106                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1107         }
1108
1109         return (entry);
1110 }
1111
1112 /*
1113  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1114  * caching mode.
1115  */
1116 static int
1117 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1118 {
1119         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1120
1121         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1122                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1123
1124         switch (pmap->pm_type) {
1125         case PT_X86:
1126                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1127                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1128
1129                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1130                 pat_idx = pat_index[mode];
1131
1132                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1133                 cache_bits = 0;
1134                 if (pat_idx & 0x4)
1135                         cache_bits |= pat_flag;
1136                 if (pat_idx & 0x2)
1137                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1138                 if (pat_idx & 0x1)
1139                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1140                 break;
1141
1142         case PT_EPT:
1143                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1144                 break;
1145
1146         default:
1147                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1148         }
1149
1150         return (cache_bits);
1151 }
1152
1153 static int
1154 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1155 {
1156         int mask;
1157
1158         switch (pmap->pm_type) {
1159         case PT_X86:
1160                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1161                 break;
1162         case PT_EPT:
1163                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1164                 break;
1165         default:
1166                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1167         }
1168
1169         return (mask);
1170 }
1171
1172 static __inline boolean_t
1173 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1174 {
1175
1176         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1177 }
1178
1179 static void
1180 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1181 {
1182
1183         switch (pmap->pm_type) {
1184         case PT_X86:
1185                 break;
1186         case PT_EPT:
1187                 /*
1188                  * XXX
1189                  * This is a little bogus since the generation number is
1190                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1191                  * space is invalidated in the page tables.
1192                  *
1193                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1194                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1195                  * invalidated in the TLB.
1196                  *
1197                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1198                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1199                  * side-effect.
1200                  */
1201                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1202                 break;
1203         default:
1204                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1205         }
1206         pde_store(pde, newpde);
1207 }
1208
1209 /*
1210  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1211  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1212  * calling processor's TLB is affected.
1213  *
1214  * The calling thread must be pinned to a processor.
1215  */
1216 static void
1217 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1218 {
1219         pt_entry_t PG_G;
1220
1221         if (pmap->pm_type == PT_EPT)
1222                 return;
1223
1224         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1225             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1226
1227         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1228
1229         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1230                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1231                 invlpg(va);
1232         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1233                 /*
1234                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1235                  * because there are too many to flush individually.
1236                  */
1237                 invltlb();
1238         else {
1239                 /*
1240                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1241                  * including any global (PG_G) mappings.
1242                  */
1243                 invltlb_globpcid();
1244         }
1245 }
1246 #ifdef SMP
1247
1248 static void
1249 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1250 {
1251         struct invpcid_descr d;
1252         uint64_t cr3;
1253
1254         if (invpcid_works) {
1255                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1256                 d.pad = 0;
1257                 d.addr = va;
1258                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1259                 return;
1260         }
1261
1262         cr3 = rcr3();
1263         critical_enter();
1264         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1265         invlpg(va);
1266         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1267         critical_exit();
1268 }
1269
1270 /*
1271  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1272  *
1273  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1274  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1275  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1276  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1277  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1278  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1279  * one of the following functions but before a store updating the page
1280  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1281  * processor before its pm_active field is checked but due to
1282  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1283  * pmap as inactive on the other processor.
1284  * 
1285  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1286  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1287  * processor.
1288  */
1289
1290 /*
1291  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1292  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1293  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1294  */
1295 static __inline void
1296 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1297 {
1298
1299         sched_pin();
1300         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1301             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1302
1303         /*
1304          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1305          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1306          *
1307          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1308          * are flushed from the TLB on each context switch.
1309          *
1310          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1311          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1312          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1313          *
1314          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1315          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1316          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1317          */
1318         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1319
1320         /*
1321          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1322          *
1323          * XXX this is not optimal because IPI_AST builds a trapframe
1324          * whereas all we need is an 'eoi' followed by 'iret'.
1325          */
1326         ipi_selected(pmap->pm_active, IPI_AST);
1327         sched_unpin();
1328 }
1329
1330 void
1331 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1332 {
1333         cpuset_t other_cpus;
1334         u_int cpuid;
1335
1336         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1337                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1338                 return;
1339         }
1340
1341         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1342             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1343
1344         sched_pin();
1345         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1346                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1347                         invlpg(va);
1348                 } else {
1349                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1350                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1351                                         invlpg(va);
1352                                 else
1353                                         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1354                         } else {
1355                                 invltlb_globpcid();
1356                         }
1357                 }
1358                 smp_invlpg(pmap, va);
1359         } else {
1360                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1361                 other_cpus = all_cpus;
1362                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1363                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1364                         invlpg(va);
1365                 else if (pmap_pcid_enabled) {
1366                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1367                                 pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1368                         else
1369                                 invltlb_globpcid();
1370                 }
1371                 if (pmap_pcid_enabled)
1372                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1373                 else
1374                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1375                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1376                         smp_masked_invlpg(other_cpus, pmap, va);
1377         }
1378         sched_unpin();
1379 }
1380
1381 static void
1382 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1383 {
1384         struct invpcid_descr d;
1385         uint64_t cr3;
1386         vm_offset_t addr;
1387
1388         if (invpcid_works) {
1389                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1390                 d.pad = 0;
1391                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
1392                         d.addr = addr;
1393                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1394                 }
1395                 return;
1396         }
1397
1398         cr3 = rcr3();
1399         critical_enter();
1400         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1401         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1402                 invlpg(addr);
1403         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1404         critical_exit();
1405 }
1406
1407 void
1408 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1409 {
1410         cpuset_t other_cpus;
1411         vm_offset_t addr;
1412         u_int cpuid;
1413
1414         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1415                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1416                 return;
1417         }
1418
1419         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1420             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1421
1422         sched_pin();
1423         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1424                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1425                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1426                                 invlpg(addr);
1427                 } else {
1428                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1429                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1430                                         for (addr = sva; addr < eva;
1431                                             addr += PAGE_SIZE)
1432                                                 invlpg(addr);
1433                                 } else {
1434                                         pmap_invalidate_range_pcid(pmap,
1435                                             sva, eva);
1436                                 }
1437                         } else {
1438                                 invltlb_globpcid();
1439                         }
1440                 }
1441                 smp_invlpg_range(pmap, sva, eva);
1442         } else {
1443                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1444                 other_cpus = all_cpus;
1445                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1446                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active)) {
1447                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1448                                 invlpg(addr);
1449                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1450                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1451                                 pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva);
1452                         else
1453                                 invltlb_globpcid();
1454                 }
1455                 if (pmap_pcid_enabled)
1456                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1457                 else
1458                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1459                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1460                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, pmap, sva, eva);
1461         }
1462         sched_unpin();
1463 }
1464
1465 void
1466 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1467 {
1468         cpuset_t other_cpus;
1469         struct invpcid_descr d;
1470         uint64_t cr3;
1471         u_int cpuid;
1472
1473         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1474                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1475                 return;
1476         }
1477
1478         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1479             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1480
1481         sched_pin();
1482         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1483         if (pmap == kernel_pmap ||
1484             (pmap_pcid_enabled && !CPU_CMP(&pmap->pm_save, &all_cpus)) ||
1485             !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1486                 if (invpcid_works) {
1487                         bzero(&d, sizeof(d));
1488                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1489                 } else {
1490                         invltlb_globpcid();
1491                 }
1492                 CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1493                 smp_invltlb(pmap);
1494         } else {
1495                 other_cpus = all_cpus;
1496                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1497
1498                 /*
1499                  * This logic is duplicated in the Xinvltlb shootdown
1500                  * IPI handler.
1501                  */
1502                 if (pmap_pcid_enabled) {
1503                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1504                                 if (invpcid_works) {
1505                                         d.pcid = pmap->pm_pcid;
1506                                         d.pad = 0;
1507                                         d.addr = 0;
1508                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1509                                 } else {
1510                                         cr3 = rcr3();
1511                                         critical_enter();
1512
1513                                         /*
1514                                          * Bit 63 is clear, pcid TLB
1515                                          * entries are invalidated.
1516                                          */
1517                                         load_cr3(pmap->pm_cr3);
1518                                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1519                                         critical_exit();
1520                                 }
1521                         } else {
1522                                 invltlb_globpcid();
1523                         }
1524                 } else if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1525                         invltlb();
1526                 CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1527                 if (pmap_pcid_enabled)
1528                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1529                 else
1530                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1531                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1532                         smp_masked_invltlb(other_cpus, pmap);
1533         }
1534         sched_unpin();
1535 }
1536
1537 void
1538 pmap_invalidate_cache(void)
1539 {
1540
1541         sched_pin();
1542         wbinvd();
1543         smp_cache_flush();
1544         sched_unpin();
1545 }
1546
1547 struct pde_action {
1548         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1549         pmap_t pmap;
1550         vm_offset_t va;
1551         pd_entry_t *pde;
1552         pd_entry_t newpde;
1553         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1554 };
1555
1556 static void
1557 pmap_update_pde_action(void *arg)
1558 {
1559         struct pde_action *act = arg;
1560
1561         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1562                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1563 }
1564
1565 static void
1566 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1567 {
1568         struct pde_action *act = arg;
1569
1570         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1571                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1576  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1577  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1578  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1579  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1580  * hardware error.
1581  */
1582 static void
1583 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1584 {
1585         struct pde_action act;
1586         cpuset_t active, other_cpus;
1587         u_int cpuid;
1588
1589         sched_pin();
1590         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1591         other_cpus = all_cpus;
1592         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1593         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_type == PT_EPT)
1594                 active = all_cpus;
1595         else {
1596                 active = pmap->pm_active;
1597                 CPU_AND_ATOMIC(&pmap->pm_save, &active);
1598         }
1599         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1600                 act.store = cpuid;
1601                 act.invalidate = active;
1602                 act.va = va;
1603                 act.pmap = pmap;
1604                 act.pde = pde;
1605                 act.newpde = newpde;
1606                 CPU_SET(cpuid, &active);
1607                 smp_rendezvous_cpus(active,
1608                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1609                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1610         } else {
1611                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1612                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1613                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1614         }
1615         sched_unpin();
1616 }
1617 #else /* !SMP */
1618 /*
1619  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1620  * We inline these within pmap.c for speed.
1621  */
1622 PMAP_INLINE void
1623 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1624 {
1625
1626         switch (pmap->pm_type) {
1627         case PT_X86:
1628                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1629                         invlpg(va);
1630                 break;
1631         case PT_EPT:
1632                 pmap->pm_eptgen++;
1633                 break;
1634         default:
1635                 panic("pmap_invalidate_page: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1636         }
1637 }
1638
1639 PMAP_INLINE void
1640 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1641 {
1642         vm_offset_t addr;
1643
1644         switch (pmap->pm_type) {
1645         case PT_X86:
1646                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1647                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1648                                 invlpg(addr);
1649                 break;
1650         case PT_EPT:
1651                 pmap->pm_eptgen++;
1652                 break;
1653         default:
1654                 panic("pmap_invalidate_range: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1655         }
1656 }
1657
1658 PMAP_INLINE void
1659 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1660 {
1661
1662         switch (pmap->pm_type) {
1663         case PT_X86:
1664                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1665                         invltlb();
1666                 break;
1667         case PT_EPT:
1668                 pmap->pm_eptgen++;
1669                 break;
1670         default:
1671                 panic("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type);
1672         }
1673 }
1674
1675 PMAP_INLINE void
1676 pmap_invalidate_cache(void)
1677 {
1678
1679         wbinvd();
1680 }
1681
1682 static void
1683 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1684 {
1685
1686         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1687         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1688                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1689         else
1690                 CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1691 }
1692 #endif /* !SMP */
1693
1694 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1695
1696 void
1697 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1698 {
1699
1700         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1701             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1702         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1703             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1704
1705         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1706                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1707         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1708             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1709
1710                 /*
1711                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1712                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1713                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1714                  * don't need to flush for that range anyway.
1715                  */
1716                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1717                         return;
1718
1719                 /*
1720                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1721                  * instruction to insure that previous stores are
1722                  * included in the write-back.  The processor
1723                  * propagates flush to other processors in the cache
1724                  * coherence domain.
1725                  */
1726                 mfence();
1727                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1728                         clflush(sva);
1729                 mfence();
1730         } else {
1731
1732                 /*
1733                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1734                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1735                  * Globally invalidate cache.
1736                  */
1737                 pmap_invalidate_cache();
1738         }
1739 }
1740
1741 /*
1742  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1743  *
1744  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1745  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1746  * when moving pages into a different cache domain.
1747  */
1748 void
1749 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1750 {
1751         vm_offset_t daddr, eva;
1752         int i;
1753
1754         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1755             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1756                 pmap_invalidate_cache();
1757         else {
1758                 mfence();
1759                 for (i = 0; i < count; i++) {
1760                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1761                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1762                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1763                                 clflush(daddr);
1764                 }
1765                 mfence();
1766         }
1767 }
1768
1769 /*
1770  * Are we current address space or kernel?
1771  */
1772 static __inline int
1773 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1774 {
1775         return (pmap == kernel_pmap ||
1776             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1777 }
1778
1779 /*
1780  *      Routine:        pmap_extract
1781  *      Function:
1782  *              Extract the physical page address associated
1783  *              with the given map/virtual_address pair.
1784  */
1785 vm_paddr_t 
1786 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1787 {
1788         pdp_entry_t *pdpe;
1789         pd_entry_t *pde;
1790         pt_entry_t *pte, PG_V;
1791         vm_paddr_t pa;
1792
1793         pa = 0;
1794         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1795         PMAP_LOCK(pmap);
1796         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1797         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1798                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1799                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1800                 else {
1801                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1802                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1803                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1804                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1805                                             (va & PDRMASK);
1806                                 } else {
1807                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1808                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1809                                             (va & PAGE_MASK);
1810                                 }
1811                         }
1812                 }
1813         }
1814         PMAP_UNLOCK(pmap);
1815         return (pa);
1816 }
1817
1818 /*
1819  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1820  *      Function:
1821  *              Atomically extract and hold the physical page
1822  *              with the given pmap and virtual address pair
1823  *              if that mapping permits the given protection.
1824  */
1825 vm_page_t
1826 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1827 {
1828         pd_entry_t pde, *pdep;
1829         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1830         vm_paddr_t pa;
1831         vm_page_t m;
1832
1833         pa = 0;
1834         m = NULL;
1835         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1836         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1837         PMAP_LOCK(pmap);
1838 retry:
1839         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1840         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1841                 if (pde & PG_PS) {
1842                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1843                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1844                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1845                                         goto retry;
1846                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1847                                     (va & PDRMASK));
1848                                 vm_page_hold(m);
1849                         }
1850                 } else {
1851                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1852                         if ((pte & PG_V) &&
1853                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1854                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1855                                     &pa))
1856                                         goto retry;
1857                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1858                                 vm_page_hold(m);
1859                         }
1860                 }
1861         }
1862         PA_UNLOCK_COND(pa);
1863         PMAP_UNLOCK(pmap);
1864         return (m);
1865 }
1866
1867 vm_paddr_t
1868 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1869 {
1870         pd_entry_t pde;
1871         vm_paddr_t pa;
1872
1873         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1874                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1875         } else {
1876                 pde = *vtopde(va);
1877                 if (pde & PG_PS) {
1878                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1879                 } else {
1880                         /*
1881                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1882                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1883                          * be used to access the PTE because it would use the
1884                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1885                          * because the page table page is preserved by the
1886                          * promotion.
1887                          */
1888                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1889                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1890                 }
1891         }
1892         return (pa);
1893 }
1894
1895 /***************************************************
1896  * Low level mapping routines.....
1897  ***************************************************/
1898
1899 /*
1900  * Add a wired page to the kva.
1901  * Note: not SMP coherent.
1902  */
1903 PMAP_INLINE void 
1904 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1905 {
1906         pt_entry_t *pte;
1907
1908         pte = vtopte(va);
1909         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
1910 }
1911
1912 static __inline void
1913 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1914 {
1915         pt_entry_t *pte;
1916         int cache_bits;
1917
1918         pte = vtopte(va);
1919         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
1920         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Remove a page from the kernel pagetables.
1925  * Note: not SMP coherent.
1926  */
1927 PMAP_INLINE void
1928 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1929 {
1930         pt_entry_t *pte;
1931
1932         pte = vtopte(va);
1933         pte_clear(pte);
1934 }
1935
1936 /*
1937  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1938  *      virtual address space.
1939  *
1940  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1941  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1942  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1943  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1944  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1945  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1946  *      region.
1947  */
1948 vm_offset_t
1949 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1950 {
1951         return PHYS_TO_DMAP(start);
1952 }
1953
1954
1955 /*
1956  * Add a list of wired pages to the kva
1957  * this routine is only used for temporary
1958  * kernel mappings that do not need to have
1959  * page modification or references recorded.
1960  * Note that old mappings are simply written
1961  * over.  The page *must* be wired.
1962  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1963  */
1964 void
1965 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1966 {
1967         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1968         vm_page_t m;
1969         int cache_bits;
1970
1971         oldpte = 0;
1972         pte = vtopte(sva);
1973         endpte = pte + count;
1974         while (pte < endpte) {
1975                 m = *ma++;
1976                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
1977                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
1978                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1979                         oldpte |= *pte;
1980                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
1981                 }
1982                 pte++;
1983         }
1984         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
1985                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1986                     PAGE_SIZE);
1987 }
1988
1989 /*
1990  * This routine tears out page mappings from the
1991  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1992  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1993  */
1994 void
1995 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1996 {
1997         vm_offset_t va;
1998
1999         va = sva;
2000         while (count-- > 0) {
2001                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2002                 pmap_kremove(va);
2003                 va += PAGE_SIZE;
2004         }
2005         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2006 }
2007
2008 /***************************************************
2009  * Page table page management routines.....
2010  ***************************************************/
2011 static __inline void
2012 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2013 {
2014         vm_page_t m;
2015
2016         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2017                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2018                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2019                 vm_page_free_toq(m);
2020         }
2021 }
2022
2023 /*
2024  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2025  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2026  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2027  */
2028 static __inline void
2029 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2030     boolean_t set_PG_ZERO)
2031 {
2032
2033         if (set_PG_ZERO)
2034                 m->flags |= PG_ZERO;
2035         else
2036                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2037         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2038 }
2039         
2040 /*
2041  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2042  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2043  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2044  * ordered by this virtual address range.
2045  */
2046 static __inline int
2047 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2048 {
2049
2050         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2051         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2052 }
2053
2054 /*
2055  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2056  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2057  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2058  */
2059 static __inline vm_page_t
2060 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2061 {
2062
2063         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2064         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2065 }
2066
2067 /*
2068  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2069  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2070  * the pmap's collection.
2071  */
2072 static __inline void
2073 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2074 {
2075
2076         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2077         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2078 }
2079
2080 /*
2081  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2082  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2083  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2084  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2085  */
2086 static inline boolean_t
2087 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2088 {
2089
2090         --m->wire_count;
2091         if (m->wire_count == 0) {
2092                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2093                 return (TRUE);
2094         } else
2095                 return (FALSE);
2096 }
2097
2098 static void
2099 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2100 {
2101
2102         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2103         /*
2104          * unmap the page table page
2105          */
2106         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2107                 /* PDP page */
2108                 pml4_entry_t *pml4;
2109                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2110                 *pml4 = 0;
2111         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2112                 /* PD page */
2113                 pdp_entry_t *pdp;
2114                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2115                 *pdp = 0;
2116         } else {
2117                 /* PTE page */
2118                 pd_entry_t *pd;
2119                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2120                 *pd = 0;
2121         }
2122         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2123         if (m->pindex < NUPDE) {
2124                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2125                 vm_page_t pdpg;
2126
2127                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2128                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2129         }
2130         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2131                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2132                 vm_page_t pdppg;
2133
2134                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2135                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2136         }
2137
2138         /*
2139          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2140          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2141          * down is begun.
2142          */
2143         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2144
2145         /* 
2146          * Put page on a list so that it is released after
2147          * *ALL* TLB shootdown is done
2148          */
2149         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2150 }
2151
2152 /*
2153  * After removing a page table entry, this routine is used to
2154  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2155  */
2156 static int
2157 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2158     struct spglist *free)
2159 {
2160         vm_page_t mpte;
2161
2162         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2163                 return (0);
2164         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2165         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2166         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2167 }
2168
2169 void
2170 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2171 {
2172
2173         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2174         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2175         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2176         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2177         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2178         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2179         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2180         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2181         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2182         pmap->pm_pcid = pmap_pcid_enabled ? 0 : -1;
2183         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2184 }
2185
2186 /*
2187  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2188  * such as one in a vmspace structure.
2189  */
2190 int
2191 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2192 {
2193         vm_page_t pml4pg;
2194         vm_paddr_t pml4phys;
2195         int i;
2196
2197         /*
2198          * allocate the page directory page
2199          */
2200         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2201             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2202                 VM_WAIT;
2203
2204         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2205         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2206         pmap->pm_pcid = -1;
2207         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2208
2209         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2210                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2211
2212         /*
2213          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2214          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2215          * address space.
2216          */
2217         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2218                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2219
2220                 /* Wire in kernel global address entries. */
2221                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2222                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2223                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2224                 }
2225                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2226                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2227                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2228                 }
2229
2230                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2231                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2232                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2233
2234                 if (pmap_pcid_enabled) {
2235                         pmap->pm_pcid = alloc_unr(&pcid_unr);
2236                         if (pmap->pm_pcid != -1)
2237                                 pmap->pm_cr3 |= pmap->pm_pcid;
2238                 }
2239         }
2240
2241         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2242         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2243         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2244         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2245         pmap->pm_flags = flags;
2246         pmap->pm_eptgen = 0;
2247         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2248
2249         return (1);
2250 }
2251
2252 int
2253 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2254 {
2255
2256         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2257 }
2258
2259 /*
2260  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2261  *
2262  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2263  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2264  *
2265  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2266  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2267  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2268  * race conditions.
2269  */
2270 static vm_page_t
2271 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2272 {
2273         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2274         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2275
2276         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2277
2278         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2279         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2280         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2281         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2282
2283         /*
2284          * Allocate a page table page.
2285          */
2286         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2287             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2288                 if (lockp != NULL) {
2289                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2290                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2291                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2292                         VM_WAIT;
2293                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2294                         PMAP_LOCK(pmap);
2295                 }
2296
2297                 /*
2298                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2299                  * page may have been allocated.
2300                  */
2301                 return (NULL);
2302         }
2303         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2304                 pmap_zero_page(m);
2305
2306         /*
2307          * Map the pagetable page into the process address space, if
2308          * it isn't already there.
2309          */
2310
2311         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2312                 pml4_entry_t *pml4;
2313                 vm_pindex_t pml4index;
2314
2315                 /* Wire up a new PDPE page */
2316                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2317                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2318                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2319
2320         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2321                 vm_pindex_t pml4index;
2322                 vm_pindex_t pdpindex;
2323                 pml4_entry_t *pml4;
2324                 pdp_entry_t *pdp;
2325
2326                 /* Wire up a new PDE page */
2327                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2328                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2329
2330                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2331                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2332                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2333                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2334                             lockp) == NULL) {
2335                                 --m->wire_count;
2336                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2337                                 vm_page_free_zero(m);
2338                                 return (NULL);
2339                         }
2340                 } else {
2341                         /* Add reference to pdp page */
2342                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2343                         pdppg->wire_count++;
2344                 }
2345                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2346
2347                 /* Now find the pdp page */
2348                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2349                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2350
2351         } else {
2352                 vm_pindex_t pml4index;
2353                 vm_pindex_t pdpindex;
2354                 pml4_entry_t *pml4;
2355                 pdp_entry_t *pdp;
2356                 pd_entry_t *pd;
2357
2358                 /* Wire up a new PTE page */
2359                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2360                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2361
2362                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2363                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2364                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2365                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2366                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2367                             lockp) == NULL) {
2368                                 --m->wire_count;
2369                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2370                                 vm_page_free_zero(m);
2371                                 return (NULL);
2372                         }
2373                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2374                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2375                 } else {
2376                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2377                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2378                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2379                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2380                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2381                                     lockp) == NULL) {
2382                                         --m->wire_count;
2383                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
2384                                             1);
2385                                         vm_page_free_zero(m);
2386                                         return (NULL);
2387                                 }
2388                         } else {
2389                                 /* Add reference to the pd page */
2390                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2391                                 pdpg->wire_count++;
2392                         }
2393                 }
2394                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2395
2396                 /* Now we know where the page directory page is */
2397                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2398                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2399         }
2400
2401         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2402
2403         return (m);
2404 }
2405
2406 static vm_page_t
2407 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2408 {
2409         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2410         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2411         vm_page_t pdpg;
2412
2413         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2414
2415 retry:
2416         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2417         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2418                 /* Add a reference to the pd page. */
2419                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2420                 pdpg->wire_count++;
2421         } else {
2422                 /* Allocate a pd page. */
2423                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2424                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2425                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2426                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2427                         goto retry;
2428         }
2429         return (pdpg);
2430 }
2431
2432 static vm_page_t
2433 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2434 {
2435         vm_pindex_t ptepindex;
2436         pd_entry_t *pd, PG_V;
2437         vm_page_t m;
2438
2439         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2440
2441         /*
2442          * Calculate pagetable page index
2443          */
2444         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2445 retry:
2446         /*
2447          * Get the page directory entry
2448          */
2449         pd = pmap_pde(pmap, va);
2450
2451         /*
2452          * This supports switching from a 2MB page to a
2453          * normal 4K page.
2454          */
2455         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2456                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2457                         /*
2458                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2459                          * the deallocation of the underlying PD page.
2460                          */
2461                         pd = NULL;
2462                 }
2463         }
2464
2465         /*
2466          * If the page table page is mapped, we just increment the
2467          * hold count, and activate it.
2468          */
2469         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2470                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2471                 m->wire_count++;
2472         } else {
2473                 /*
2474                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2475                  * deallocated.
2476                  */
2477                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2478                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2479                         goto retry;
2480         }
2481         return (m);
2482 }
2483
2484
2485 /***************************************************
2486  * Pmap allocation/deallocation routines.
2487  ***************************************************/
2488
2489 /*
2490  * Release any resources held by the given physical map.
2491  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2492  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2493  */
2494 void
2495 pmap_release(pmap_t pmap)
2496 {
2497         vm_page_t m;
2498         int i;
2499
2500         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2501             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2502             pmap->pm_stats.resident_count));
2503         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2504             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2505
2506         if (pmap_pcid_enabled) {
2507                 /*
2508                  * Invalidate any left TLB entries, to allow the reuse
2509                  * of the pcid.
2510                  */
2511                 pmap_invalidate_all(pmap);
2512         }
2513
2514         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2515
2516         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2517                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2518         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2519                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2520         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2521
2522         m->wire_count--;
2523         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2524         vm_page_free_zero(m);
2525         if (pmap->pm_pcid != -1)
2526                 free_unr(&pcid_unr, pmap->pm_pcid);
2527 }
2528 \f
2529 static int
2530 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2531 {
2532         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2533
2534         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2535 }
2536 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2537     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2538
2539 static int
2540 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2541 {
2542         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2543
2544         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2545 }
2546 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2547     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2548
2549 /*
2550  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2551  */
2552 void
2553 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2554 {
2555         vm_paddr_t paddr;
2556         vm_page_t nkpg;
2557         pd_entry_t *pde, newpdir;
2558         pdp_entry_t *pdpe;
2559
2560         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2561
2562         /*
2563          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2564          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2565          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2566          *
2567          * The correctness of this action is based on the following
2568          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2569          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2570          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2571          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2572          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2573          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2574          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2575          * "KERNBASE".
2576          */
2577         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2578                 return;
2579
2580         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2581         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2582                 addr = kernel_map->max_offset;
2583         while (kernel_vm_end < addr) {
2584                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2585                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2586                         /* We need a new PDP entry */
2587                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2588                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2589                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2590                         if (nkpg == NULL)
2591                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2592                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2593                                 pmap_zero_page(nkpg);
2594                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2595                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2596                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2597                         continue; /* try again */
2598                 }
2599                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2600                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2601                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2602                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2603                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2604                                 break;                       
2605                         }
2606                         continue;
2607                 }
2608
2609                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2610                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2611                     VM_ALLOC_ZERO);
2612                 if (nkpg == NULL)
2613                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2614                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2615                         pmap_zero_page(nkpg);
2616                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2617                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2618                 pde_store(pde, newpdir);
2619
2620                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2621                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2622                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2623                         break;                       
2624                 }
2625         }
2626 }
2627
2628
2629 /***************************************************
2630  * page management routines.
2631  ***************************************************/
2632
2633 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2634 CTASSERT(_NPCM == 3);
2635 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2636
2637 static __inline struct pv_chunk *
2638 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2639 {
2640
2641         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2642 }
2643
2644 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2645
2646 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2647 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2648 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2649
2650 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2651
2652 #ifdef PV_STATS
2653 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2654
2655 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2656         "Current number of pv entry chunks");
2657 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2658         "Current number of pv entry chunks allocated");
2659 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2660         "Current number of pv entry chunks frees");
2661 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2662         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2663
2664 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2665 static int pv_entry_spare;
2666
2667 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2668         "Current number of pv entry frees");
2669 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2670         "Current number of pv entry allocs");
2671 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2672         "Current number of pv entries");
2673 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2674         "Current number of spare pv entries");
2675 #endif
2676
2677 /*
2678  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2679  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2680  * another pv entry chunk.
2681  *
2682  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2683  *
2684  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2685  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2686  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2687  */
2688 static vm_page_t
2689 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2690 {
2691         struct pch new_tail;
2692         struct pv_chunk *pc;
2693         struct md_page *pvh;
2694         pd_entry_t *pde;
2695         pmap_t pmap;
2696         pt_entry_t *pte, tpte;
2697         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2698         pv_entry_t pv;
2699         vm_offset_t va;
2700         vm_page_t m, m_pc;
2701         struct spglist free;
2702         uint64_t inuse;
2703         int bit, field, freed;
2704
2705         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2706         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2707         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2708         pmap = NULL;
2709         m_pc = NULL;
2710         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2711         SLIST_INIT(&free);
2712         TAILQ_INIT(&new_tail);
2713         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2714         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2715                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2716                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2717                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2718                         if (pmap != NULL) {
2719                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2720                                 if (pmap != locked_pmap)
2721                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2722                         }
2723                         pmap = pc->pc_pmap;
2724                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2725                         if (pmap > locked_pmap) {
2726                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2727                                 PMAP_LOCK(pmap);
2728                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2729                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2730                                 pmap = NULL;
2731                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2732                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2733                                 continue;
2734                         }
2735                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2736                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2737                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2738                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2739                 }
2740
2741                 /*
2742                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2743                  */
2744                 freed = 0;
2745                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2746                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2747                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2748                                 bit = bsfq(inuse);
2749                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2750                                 va = pv->pv_va;
2751                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2752                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2753                                         continue;
2754                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2755                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2756                                         continue;
2757                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2758                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2759                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2760                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2761                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2762                                         vm_page_dirty(m);
2763                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2764                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2765                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2766                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2767                                 m->md.pv_gen++;
2768                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2769                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2770                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2771                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2772                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2773                                                     PGA_WRITEABLE);
2774                                         }
2775                                 }
2776                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2777                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2778                                 freed++;
2779                         }
2780                 }
2781                 if (freed == 0) {
2782                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2783                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2784                         continue;
2785                 }
2786                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2787                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2788                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2789                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2790                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2791                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2792                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2793                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2794                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2795                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2796                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2797                         /* Entire chunk is free; return it. */
2798                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2799                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2800                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2801                         break;
2802                 }
2803                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2804                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2805                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2806                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2807                 if (pmap == locked_pmap)
2808                         break;
2809         }
2810         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2811         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2812         if (pmap != NULL) {
2813                 pmap_invalidate_all(pmap);
2814                 if (pmap != locked_pmap)
2815                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2816         }
2817         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2818                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2819                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2820                 /* Recycle a freed page table page. */
2821                 m_pc->wire_count = 1;
2822                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2823         }
2824         pmap_free_zero_pages(&free);
2825         return (m_pc);
2826 }
2827
2828 /*
2829  * free the pv_entry back to the free list
2830  */
2831 static void
2832 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2833 {
2834         struct pv_chunk *pc;
2835         int idx, field, bit;
2836
2837         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2838         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2839         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2840         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2841         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2842         pc = pv_to_chunk(pv);
2843         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2844         field = idx / 64;
2845         bit = idx % 64;
2846         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2847         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2848             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2849                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2850                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2851                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2852                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2853                 }
2854                 return;
2855         }
2856         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2857         free_pv_chunk(pc);
2858 }
2859
2860 static void
2861 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2862 {
2863         vm_page_t m;
2864
2865         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2866         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2867         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2868         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2869         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2870         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2871         /* entire chunk is free, return it */
2872         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2873         dump_drop_page(m->phys_addr);
2874         vm_page_unwire(m, 0);
2875         vm_page_free(m);
2876 }
2877
2878 /*
2879  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2880  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2881  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2882  * returned.
2883  *
2884  * The given PV list lock may be released.
2885  */
2886 static pv_entry_t
2887 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2888 {
2889         int bit, field;
2890         pv_entry_t pv;
2891         struct pv_chunk *pc;
2892         vm_page_t m;
2893
2894         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2895         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2896         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2897 retry:
2898         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2899         if (pc != NULL) {
2900                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2901                         if (pc->pc_map[field]) {
2902                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2903                                 break;
2904                         }
2905                 }
2906                 if (field < _NPCM) {
2907                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2908                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2909                         /* If this was the last item, move it to tail */
2910                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2911                             pc->pc_map[2] == 0) {
2912                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2913                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2914                                     pc_list);
2915                         }
2916                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2917                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2918                         return (pv);
2919                 }
2920         }
2921         /* No free items, allocate another chunk */
2922         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2923             VM_ALLOC_WIRED);
2924         if (m == NULL) {
2925                 if (lockp == NULL) {
2926                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2927                         return (NULL);
2928                 }
2929                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2930                 if (m == NULL)
2931                         goto retry;
2932         }
2933         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2934         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2935         dump_add_page(m->phys_addr);
2936         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2937         pc->pc_pmap = pmap;
2938         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2939         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2940         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2941         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2942         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2943         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2944         pv = &pc->pc_pventry[0];
2945         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2946         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2947         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2948         return (pv);
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2953  */
2954 static int
2955 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2956 {
2957         int count;
2958
2959         /*
2960          * This simple method of counting the one bits performs well because
2961          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2962          */
2963         count = 0;
2964         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2965                 count++;
2966         return (count);
2967 }
2968
2969 /*
2970  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2971  * exceeds the given count, "needed".
2972  *
2973  * The given PV list lock may be released.
2974  */
2975 static void
2976 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2977 {
2978         struct pch new_tail;
2979         struct pv_chunk *pc;
2980         int avail, free;
2981         vm_page_t m;
2982
2983         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2984         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2985         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2986
2987         /*
2988          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2989          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2990          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2991          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2992          */
2993         TAILQ_INIT(&new_tail);
2994 retry:
2995         avail = 0;
2996         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2997                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2998                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2999                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
3000                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
3001                 } else {
3002                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
3003                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
3004                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
3005                 }
3006                 if (free == 0)
3007                         break;
3008                 avail += free;
3009                 if (avail >= needed)
3010                         break;
3011         }
3012         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3013                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3014                     VM_ALLOC_WIRED);
3015                 if (m == NULL) {
3016                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3017                         if (m == NULL)
3018                                 goto retry;
3019                 }
3020                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3021                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3022                 dump_add_page(m->phys_addr);
3023                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3024                 pc->pc_pmap = pmap;
3025                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3026                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3027                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3028                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3029                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3030                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3031         }
3032         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3033                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3034                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3035                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3036         }
3037 }
3038
3039 /*
3040  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3041  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3042  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3043  * 2MB page mappings.
3044  */
3045 static __inline pv_entry_t
3046 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3047 {
3048         pv_entry_t pv;
3049
3050         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3051         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3052                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3053                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3054                         pvh->pv_gen++;
3055                         break;
3056                 }
3057         }
3058         return (pv);
3059 }
3060
3061 /*
3062  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3063  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3064  * entries for each of the 4KB page mappings.
3065  */
3066 static void
3067 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3068     struct rwlock **lockp)
3069 {
3070         struct md_page *pvh;
3071         struct pv_chunk *pc;
3072         pv_entry_t pv;
3073         vm_offset_t va_last;
3074         vm_page_t m;
3075         int bit, field;
3076
3077         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3078         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3079         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3080             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3081         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3082
3083         /*
3084          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3085          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3086          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3087          */
3088         pvh = pa_to_pvh(pa);
3089         va = trunc_2mpage(va);
3090         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3091         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3092         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3093         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3094         m->md.pv_gen++;
3095         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3096         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3097         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3098         for (;;) {
3099                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3100                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3101                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3102                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3103                         while (pc->pc_map[field]) {
3104                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3105                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3106                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3107                                 va += PAGE_SIZE;
3108                                 pv->pv_va = va;
3109                                 m++;
3110                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3111                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3112                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3113                                 m->md.pv_gen++;
3114                                 if (va == va_last)
3115                                         goto out;
3116                         }
3117                 }
3118                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3119                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3120         }
3121 out:
3122         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3123                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3124                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3125         }
3126         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3127         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3128 }
3129
3130 /*
3131  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3132  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3133  * for the 2MB page mapping.
3134  */
3135 static void
3136 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3137     struct rwlock **lockp)
3138 {
3139         struct md_page *pvh;
3140         pv_entry_t pv;
3141         vm_offset_t va_last;
3142         vm_page_t m;
3143
3144         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3145         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3146             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3147         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3148
3149         /*
3150          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3151          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3152          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3153          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3154          * mappings that is being promoted.
3155          */
3156         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3157         va = trunc_2mpage(va);
3158         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3159         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3160         pvh = pa_to_pvh(pa);
3161         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3162         pvh->pv_gen++;
3163         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3164         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3165         do {
3166                 m++;
3167                 va += PAGE_SIZE;
3168                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3169         } while (va < va_last);
3170 }
3171
3172 /*
3173  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3174  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3175  * page mappings.
3176  */
3177 static void
3178 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3179 {
3180         pv_entry_t pv;
3181
3182         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3183         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3184         free_pv_entry(pmap, pv);
3185 }
3186
3187 /*
3188  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3189  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3190  */
3191 static boolean_t
3192 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3193     struct rwlock **lockp)
3194 {
3195         pv_entry_t pv;
3196
3197         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3198         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3199         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3200         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3201                 pv->pv_va = va;
3202                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3203                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3204                 m->md.pv_gen++;
3205                 return (TRUE);
3206         } else
3207                 return (FALSE);
3208 }
3209
3210 /*
3211  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3212  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3213  */
3214 static boolean_t
3215 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3216     struct rwlock **lockp)
3217 {
3218         struct md_page *pvh;
3219         pv_entry_t pv;
3220
3221         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3222         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3223         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3224         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3225                 pv->pv_va = va;
3226                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3227                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3228                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3229                 pvh->pv_gen++;
3230                 return (TRUE);
3231         } else
3232                 return (FALSE);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3237  */
3238 static void
3239 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3240 {
3241         pt_entry_t *pte;
3242
3243         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3244                 *pte = newpte;
3245                 newpte += PAGE_SIZE;
3246         }
3247 }
3248
3249 /*
3250  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3251  * mapping is invalidated.
3252  */
3253 static boolean_t
3254 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3255 {
3256         struct rwlock *lock;
3257         boolean_t rv;
3258
3259         lock = NULL;
3260         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3261         if (lock != NULL)
3262                 rw_wunlock(lock);
3263         return (rv);
3264 }
3265
3266 static boolean_t
3267 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3268     struct rwlock **lockp)
3269 {
3270         pd_entry_t newpde, oldpde;
3271         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3272         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3273         vm_paddr_t mptepa;
3274         vm_page_t mpte;
3275         struct spglist free;
3276         int PG_PTE_CACHE;
3277
3278         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3279         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3280         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3281         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3282         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3283         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3284
3285         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3286         oldpde = *pde;
3287         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3288             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3289         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3290             NULL)
3291                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3292         else {
3293                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3294                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3295                     " is missing"));
3296
3297                 /*
3298                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3299                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3300                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3301                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3302                  * the page allocation request specifies the highest possible
3303                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3304                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3305                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3306                  * is the only part of the kernel address space that must be
3307                  * handled here.
3308                  */
3309                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3310                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3311                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3312                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3313                         SLIST_INIT(&free);
3314                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3315                             lockp);
3316                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3317                         pmap_free_zero_pages(&free);
3318                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3319                             " in pmap %p", va, pmap);
3320                         return (FALSE);
3321                 }
3322                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3323                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3324         }
3325         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3326         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3327         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3328         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3329             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3330         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3331             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3332         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3333         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3334
3335         /*
3336          * If the page table page is new, initialize it.
3337          */
3338         if (mpte->wire_count == 1) {
3339                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3340                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3341         }
3342         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3343             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3344             " addresses"));
3345
3346         /*
3347          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3348          * entries.
3349          */
3350         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3351                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3352
3353         /*
3354          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3355          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3356          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3357          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3358          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3359          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3360          */
3361         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3362                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3363
3364         /*
3365          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3366          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3367          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3368          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3369          * the read above and the store below. 
3370          */
3371         if (workaround_erratum383)
3372                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3373         else
3374                 pde_store(pde, newpde);
3375
3376         /*
3377          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3378          */
3379         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3380                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3381
3382         /*
3383          * Demote the PV entry.
3384          */
3385         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3386                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3387
3388         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3389         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3390             " in pmap %p", va, pmap);
3391         return (TRUE);
3392 }
3393
3394 /*
3395  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3396  */
3397 static void
3398 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3399 {
3400         pd_entry_t newpde;
3401         vm_paddr_t mptepa;
3402         vm_page_t mpte;
3403
3404         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3405         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3406         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3407         if (mpte == NULL)
3408                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3409
3410         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3411         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3412         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3413
3414         /*
3415          * Initialize the page table page.
3416          */
3417         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3418
3419         /*
3420          * Demote the mapping.
3421          */
3422         if (workaround_erratum383)
3423                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3424         else
3425                 pde_store(pde, newpde);
3426
3427         /*
3428          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3429          */
3430         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3431 }
3432
3433 /*
3434  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3435  */
3436 static int
3437 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3438     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3439 {
3440         struct md_page *pvh;
3441         pd_entry_t oldpde;
3442         vm_offset_t eva, va;
3443         vm_page_t m, mpte;
3444         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3445
3446         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3447         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3448         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3449         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3450
3451         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3452         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3453             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3454         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3455         if (oldpde & PG_W)
3456                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3457
3458         /*
3459          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3460          * PG_G.
3461          */
3462         if (oldpde & PG_G)
3463                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3464         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3465         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3466                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3467                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3468                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3469                 eva = sva + NBPDR;
3470                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3471                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3472                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3473                                 vm_page_dirty(m);
3474                         if (oldpde & PG_A)
3475                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3476                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3477                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3478                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3479                 }
3480         }
3481         if (pmap == kernel_pmap) {
3482                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3483         } else {
3484                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3485                 if (mpte != NULL) {
3486                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3487                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3488                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3489                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3490                         mpte->wire_count = 0;
3491                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3492                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
3493                 }
3494         }
3495         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3496 }
3497
3498 /*
3499  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3500  */
3501 static int
3502 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3503     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3504 {
3505         struct md_page *pvh;
3506         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3507         vm_page_t m;
3508
3509         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3510         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3511         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3512
3513         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3514         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3515         if (oldpte & PG_W)
3516                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3517         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3518         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3519                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3520                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3521                         vm_page_dirty(m);
3522                 if (oldpte & PG_A)
3523                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3524                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3525                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3526                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3527                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3528                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3529                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3530                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3531                 }
3532         }
3533         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3534 }
3535
3536 /*
3537  * Remove a single page from a process address space
3538  */
3539 static void
3540 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3541     struct spglist *free)
3542 {
3543         struct rwlock *lock;
3544         pt_entry_t *pte, PG_V;
3545
3546         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3547         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3548         if ((*pde & PG_V) == 0)
3549                 return;
3550         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3551         if ((*pte & PG_V) == 0)
3552                 return;
3553         lock = NULL;
3554         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3555         if (lock != NULL)
3556                 rw_wunlock(lock);
3557         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3558 }
3559
3560 /*
3561  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3562  *
3563  *      It is assumed that the start and end are properly
3564  *      rounded to the page size.
3565  */
3566 void
3567 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3568 {
3569         struct rwlock *lock;
3570         vm_offset_t va, va_next;
3571         pml4_entry_t *pml4e;
3572         pdp_entry_t *pdpe;
3573         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3574         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3575         struct spglist free;
3576         int anyvalid;
3577
3578         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3579         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3580
3581         /*
3582          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3583          */
3584         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3585                 return;
3586
3587         anyvalid = 0;
3588         SLIST_INIT(&free);
3589
3590         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3591         PMAP_LOCK(pmap);
3592
3593         /*
3594          * special handling of removing one page.  a very
3595          * common operation and easy to short circuit some
3596          * code.
3597          */
3598         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3599                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3600                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3601                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3602                         goto out;
3603                 }
3604         }
3605
3606         lock = NULL;
3607         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3608
3609                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3610                         break;
3611
3612                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3613                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3614                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3615                         if (va_next < sva)
3616                                 va_next = eva;
3617                         continue;
3618                 }
3619
3620                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3621                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3622                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3623                         if (va_next < sva)
3624                                 va_next = eva;
3625                         continue;
3626                 }
3627
3628                 /*
3629                  * Calculate index for next page table.
3630                  */
3631                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3632                 if (va_next < sva)
3633                         va_next = eva;
3634
3635                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3636                 ptpaddr = *pde;
3637
3638                 /*
3639                  * Weed out invalid mappings.
3640                  */
3641                 if (ptpaddr == 0)
3642                         continue;
3643
3644                 /*
3645                  * Check for large page.
3646                  */
3647                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3648                         /*
3649                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3650                          * demote the mapping and fall through.
3651                          */
3652                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3653                                 /*
3654                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3655                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3656                                  */
3657                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3658                                         anyvalid = 1;
3659                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3660                                 continue;
3661                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3662                             &lock)) {
3663                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3664                                 continue;
3665                         } else
3666                                 ptpaddr = *pde;
3667                 }
3668
3669                 /*
3670                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3671                  * by the current page table page, or to the end of the
3672                  * range being removed.
3673                  */
3674                 if (va_next > eva)
3675                         va_next = eva;
3676
3677                 va = va_next;
3678                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3679                     sva += PAGE_SIZE) {
3680                         if (*pte == 0) {
3681                                 if (va != va_next) {
3682                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3683                                         va = va_next;
3684                                 }
3685                                 continue;
3686                         }
3687                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3688                                 anyvalid = 1;
3689                         else if (va == va_next)
3690                                 va = sva;
3691                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3692                             &lock)) {
3693                                 sva += PAGE_SIZE;
3694                                 break;
3695                         }
3696                 }
3697                 if (va != va_next)
3698                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3699         }
3700         if (lock != NULL)
3701                 rw_wunlock(lock);
3702 out:
3703         if (anyvalid)
3704                 pmap_invalidate_all(pmap);
3705         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3706         PMAP_UNLOCK(pmap);
3707         pmap_free_zero_pages(&free);
3708 }
3709
3710 /*
3711  *      Routine:        pmap_remove_all
3712  *      Function:
3713  *              Removes this physical page from
3714  *              all physical maps in which it resides.
3715  *              Reflects back modify bits to the pager.
3716  *
3717  *      Notes:
3718  *              Original versions of this routine were very
3719  *              inefficient because they iteratively called
3720  *              pmap_remove (slow...)
3721  */
3722
3723 void
3724 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3725 {
3726         struct md_page *pvh;
3727         pv_entry_t pv;
3728         pmap_t pmap;
3729         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3730         pd_entry_t *pde;
3731         vm_offset_t va;
3732         struct spglist free;
3733
3734         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3735             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3736         SLIST_INIT(&free);
3737         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3738         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3739                 goto small_mappings;
3740         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3741         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3742                 pmap = PV_PMAP(pv);
3743                 PMAP_LOCK(pmap);
3744                 va = pv->pv_va;
3745                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3746                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3747                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3748         }
3749 small_mappings:
3750         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3751                 pmap = PV_PMAP(pv);
3752                 PMAP_LOCK(pmap);
3753                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3754                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3755                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3756                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3757                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3758                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3759                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3760                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3761                 tpte = pte_load_clear(pte);
3762                 if (tpte & PG_W)
3763                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3764                 if (tpte & PG_A)
3765                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3766
3767                 /*
3768                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3769                  */
3770                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3771                         vm_page_dirty(m);
3772                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3773                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3774                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3775                 m->md.pv_gen++;
3776                 free_pv_entry(pmap, pv);
3777                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3778         }
3779         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3780         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3781         pmap_free_zero_pages(&free);
3782 }
3783
3784 /*
3785  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3786  */
3787 static boolean_t
3788 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3789 {
3790         pd_entry_t newpde, oldpde;
3791         vm_offset_t eva, va;
3792         vm_page_t m;
3793         boolean_t anychanged;
3794         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3795
3796         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3797         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3798         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3799
3800         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3801         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3802             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3803         anychanged = FALSE;
3804 retry:
3805         oldpde = newpde = *pde;
3806         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3807                 eva = sva + NBPDR;
3808                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3809                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3810                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3811                                 vm_page_dirty(m);
3812         }
3813         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3814                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3815         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3816                 newpde |= pg_nx;
3817         if (newpde != oldpde) {
3818                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3819                         goto retry;
3820                 if (oldpde & PG_G)
3821                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3822                 else
3823                         anychanged = TRUE;
3824         }
3825         return (anychanged);
3826 }
3827
3828 /*
3829  *      Set the physical protection on the
3830  *      specified range of this map as requested.
3831  */
3832 void
3833 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3834 {
3835         vm_offset_t va_next;
3836         pml4_entry_t *pml4e;
3837         pdp_entry_t *pdpe;
3838         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3839         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3840         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3841
3842         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3843                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3844                 return;
3845         }
3846
3847         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3848             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3849                 return;
3850
3851         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3852         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3853         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3854         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3855         pv_lists_locked = FALSE;
3856 resume:
3857         anychanged = FALSE;
3858
3859         PMAP_LOCK(pmap);
3860         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3861
3862                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3863                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3864                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3865                         if (va_next < sva)
3866                                 va_next = eva;
3867                         continue;
3868                 }
3869
3870                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3871                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3872                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3873                         if (va_next < sva)
3874                                 va_next = eva;
3875                         continue;
3876                 }
3877
3878                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3879                 if (va_next < sva)
3880                         va_next = eva;
3881
3882                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3883                 ptpaddr = *pde;
3884
3885                 /*
3886                  * Weed out invalid mappings.
3887                  */
3888                 if (ptpaddr == 0)
3889                         continue;
3890
3891                 /*
3892                  * Check for large page.
3893                  */
3894                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3895                         /*
3896                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3897                          * demote the mapping and fall through.
3898                          */
3899                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3900                                 /*
3901                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3902                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3903                                  */
3904                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3905                                         anychanged = TRUE;
3906                                 continue;
3907                         } else {
3908                                 if (!pv_lists_locked) {
3909                                         pv_lists_locked = TRUE;
3910                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3911                                                 if (anychanged)
3912                                                         pmap_invalidate_all(
3913                                                             pmap);
3914                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3915                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3916                                                 goto resume;
3917                                         }
3918                                 }
3919                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3920                                         /*
3921                                          * The large page mapping was
3922                                          * destroyed.
3923                                          */
3924                                         continue;
3925                                 }
3926                         }
3927                 }
3928
3929                 if (va_next > eva)
3930                         va_next = eva;
3931
3932                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3933                     sva += PAGE_SIZE) {
3934                         pt_entry_t obits, pbits;
3935                         vm_page_t m;
3936
3937 retry:
3938                         obits = pbits = *pte;
3939                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3940                                 continue;
3941
3942                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3943                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3944                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3945                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3946                                         vm_page_dirty(m);
3947                                 }
3948                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3949                         }
3950                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3951                                 pbits |= pg_nx;
3952
3953                         if (pbits != obits) {
3954                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3955                                         goto retry;
3956                                 if (obits & PG_G)
3957                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3958                                 else
3959                                         anychanged = TRUE;
3960                         }
3961                 }
3962         }
3963         if (anychanged)
3964                 pmap_invalidate_all(pmap);
3965         if (pv_lists_locked)
3966                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3967         PMAP_UNLOCK(pmap);
3968 }
3969
3970 /*
3971  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3972  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3973  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3974  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3975  * identical characteristics. 
3976  */
3977 static void
3978 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3979     struct rwlock **lockp)
3980 {
3981         pd_entry_t newpde;
3982         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3983         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3984         vm_offset_t oldpteva;
3985         vm_page_t mpte;
3986         int PG_PTE_CACHE;
3987
3988         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3989         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3990         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3991         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3992         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3993         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3994
3995         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3996
3997         /*
3998          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3999          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4000          * within a 2MB page. 
4001          */
4002         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4003 setpde:
4004         newpde = *firstpte;
4005         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4006                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4007                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4008                     " in pmap %p", va, pmap);
4009                 return;
4010         }
4011         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4012                 /*
4013                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4014                  * a TLB invalidation.
4015                  */
4016                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4017                         goto setpde;
4018                 newpde &= ~PG_RW;
4019         }
4020
4021         /*
4022          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4023          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4024          * characteristics to the first PTE.
4025          */
4026         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4027         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4028 setpte:
4029                 oldpte = *pte;
4030                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4031                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4032                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4033                             " in pmap %p", va, pmap);
4034                         return;
4035                 }
4036                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4037                         /*
4038                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4039                          * without a TLB invalidation.
4040                          */
4041                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4042                                 goto setpte;
4043                         oldpte &= ~PG_RW;
4044                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4045                             (va & ~PDRMASK);
4046                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4047                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
4048                 }
4049                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4050                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4051                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4052                             " in pmap %p", va, pmap);
4053                         return;
4054                 }
4055                 pa -= PAGE_SIZE;
4056         }
4057
4058         /*
4059          * Save the page table page in its current state until the PDE
4060          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4061          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4062          */
4063         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4064         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4065             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4066             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4067         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4068             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4069         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4070                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4071                 CTR2(KTR_PMAP,
4072                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4073                     pmap);
4074                 return;
4075         }
4076
4077         /*
4078          * Promote the pv entries.
4079          */
4080         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4081                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4082
4083         /*
4084          * Propagate the PAT index to its proper position.
4085          */
4086         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4087
4088         /*
4089          * Map the superpage.
4090          */
4091         if (workaround_erratum383)
4092                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4093         else
4094                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4095
4096         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4097         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4098             " in pmap %p", va, pmap);
4099 }
4100
4101 /*
4102  *      Insert the given physical page (p) at
4103  *      the specified virtual address (v) in the
4104  *      target physical map with the protection requested.
4105  *
4106  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4107  *      that the related pte can not be reclaimed.
4108  *
4109  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4110  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4111  *      insert this page into the given map NOW.
4112  */
4113 void
4114 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
4115     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
4116 {
4117         struct rwlock *lock;
4118         pd_entry_t *pde;
4119         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4120         pt_entry_t newpte, origpte;
4121         pv_entry_t pv;
4122         vm_paddr_t opa, pa;
4123         vm_page_t mpte, om;
4124
4125         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4126         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4127         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4128         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4129         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4130
4131         va = trunc_page(va);
4132         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4133         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4134             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4135             va));
4136         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4137             va >= kmi.clean_eva,
4138             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4139         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4140                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4141         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4142         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4143         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
4144                 newpte |= PG_M;
4145         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4146                 newpte |= PG_RW;
4147         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4148             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4149         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4150                 newpte |= pg_nx;
4151         if (wired)
4152                 newpte |= PG_W;
4153         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4154                 newpte |= PG_U;
4155         if (pmap == kernel_pmap)
4156                 newpte |= PG_G;
4157         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4158
4159         /*
4160          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4161          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4162          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4163          */
4164         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4165                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4166                         newpte |= PG_M;
4167         }
4168
4169         mpte = NULL;
4170
4171         lock = NULL;
4172         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4173         PMAP_LOCK(pmap);
4174
4175         /*
4176          * In the case that a page table page is not
4177          * resident, we are creating it here.
4178          */
4179 retry:
4180         pde = pmap_pde(pmap, va);
4181         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4182             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4183                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4184                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4185                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4186                         mpte->wire_count++;
4187                 }
4188         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4189                 /*
4190                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4191                  * deallocated.
4192                  */
4193                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
4194                 goto retry;
4195         } else
4196                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4197
4198         origpte = *pte;
4199
4200         /*
4201          * Is the specified virtual address already mapped?
4202          */
4203         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4204                 /*
4205                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4206                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4207                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4208                  * the PT page will be also.
4209                  */
4210                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4211                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4212                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4213                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4214
4215                 /*
4216                  * Remove the extra PT page reference.
4217                  */
4218                 if (mpte != NULL) {
4219                         mpte->wire_count--;
4220                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4221                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4222                              " va: 0x%lx", va));
4223                 }
4224
4225                 /*
4226                  * Has the physical page changed?
4227                  */
4228                 opa = origpte & PG_FRAME;
4229                 if (opa == pa) {
4230                         /*
4231                          * No, might be a protection or wiring change.
4232                          */
4233                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4234                                 newpte |= PG_MANAGED;
4235                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4236                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4237                         }
4238                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4239                                 goto unchanged;
4240                         goto validate;
4241                 }
4242         } else {
4243                 /*
4244                  * Increment the counters.
4245                  */
4246                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4247                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4248                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4249         }
4250
4251         /*
4252          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4253          */
4254         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4255                 newpte |= PG_MANAGED;
4256                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4257                 pv->pv_va = va;
4258                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4259                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4260                 m->md.pv_gen++;
4261                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4262                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4263         }
4264
4265         /*
4266          * Update the PTE.
4267          */
4268         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4269 validate:
4270                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4271                 opa = origpte & PG_FRAME;
4272                 if (opa != pa) {
4273                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4274                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4275                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4276                                     PG_RW))
4277                                         vm_page_dirty(om);
4278                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4279                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4280                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4281                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4282                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4283                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4284                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4285                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4286                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4287                         }
4288                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4289                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4290                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4291                                 vm_page_dirty(m);
4292
4293                         /*
4294                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4295                          * invalidation may nonetheless be required because
4296                          * the PTE no longer has PG_M set.
4297                          */
4298                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4299                         /*
4300                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4301                          */
4302                         goto unchanged;
4303                 }
4304                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4305                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4306         } else
4307                 pte_store(pte, newpte);
4308
4309 unchanged:
4310
4311         /*
4312          * If both the page table page and the reservation are fully
4313          * populated, then attempt promotion.
4314          */
4315         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4316             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4317             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4318             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4319                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4320
4321         if (lock != NULL)
4322                 rw_wunlock(lock);
4323         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4324         PMAP_UNLOCK(pmap);
4325 }
4326
4327 /*
4328  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4329  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4330  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4331  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4332  */
4333 static boolean_t
4334 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4335     struct rwlock **lockp)
4336 {
4337         pd_entry_t *pde, newpde;
4338         pt_entry_t PG_V;
4339         vm_page_t mpde;
4340         struct spglist free;
4341
4342         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4343         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4344         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4345
4346         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4347                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4348                     " in pmap %p", va, pmap);
4349                 return (FALSE);
4350         }
4351         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4352         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4353         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4354                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4355                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4356                 mpde->wire_count--;
4357                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4358                     " in pmap %p", va, pmap);
4359                 return (FALSE);
4360         }
4361         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4362             PG_PS | PG_V;
4363         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4364                 newpde |= PG_MANAGED;
4365
4366                 /*
4367                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4368                  */
4369                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4370                     lockp)) {
4371                         SLIST_INIT(&free);
4372                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4373                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4374                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4375                         }
4376                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4377                             " in pmap %p", va, pmap);
4378                         return (FALSE);
4379                 }
4380         }
4381         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4382                 newpde |= pg_nx;
4383         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4384                 newpde |= PG_U;
4385
4386         /*
4387          * Increment counters.
4388          */
4389         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4390
4391         /*
4392          * Map the superpage.
4393          */
4394         pde_store(pde, newpde);
4395
4396         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4397         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4398             " in pmap %p", va, pmap);
4399         return (TRUE);
4400 }
4401
4402 /*
4403  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4404  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4405  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4406  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4407  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4408  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4409  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4410  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4411  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4412  * corresponding offset from m_start are mapped.
4413  */
4414 void
4415 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4416     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4417 {
4418         struct rwlock *lock;
4419         vm_offset_t va;
4420         vm_page_t m, mpte;
4421         vm_pindex_t diff, psize;
4422
4423         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4424
4425         psize = atop(end - start);
4426         mpte = NULL;
4427         m = m_start;
4428         lock = NULL;
4429         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4430         PMAP_LOCK(pmap);
4431         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4432                 va = start + ptoa(diff);
4433                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4434                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
4435                     pmap_ps_enabled(pmap) &&
4436                     vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
4437                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4438                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4439                 else
4440                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4441                             mpte, &lock);
4442                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4443         }
4444         if (lock != NULL)
4445                 rw_wunlock(lock);
4446         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4447         PMAP_UNLOCK(pmap);
4448 }
4449
4450 /*
4451  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4452  * 1. Current pmap & pmap exists.
4453  * 2. Not wired.
4454  * 3. Read access.
4455  * 4. No page table pages.
4456  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4457  */
4458
4459 void
4460 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4461 {
4462         struct rwlock *lock;
4463
4464         lock = NULL;
4465         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4466         PMAP_LOCK(pmap);
4467         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4468         if (lock != NULL)
4469                 rw_wunlock(lock);
4470         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4471         PMAP_UNLOCK(pmap);
4472 }
4473
4474 static vm_page_t
4475 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4476     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4477 {
4478         struct spglist free;
4479         pt_entry_t *pte, PG_V;
4480         vm_paddr_t pa;
4481
4482         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4483             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4484             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4485         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4486         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4487         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4488
4489         /*
4490          * In the case that a page table page is not
4491          * resident, we are creating it here.
4492          */
4493         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4494                 vm_pindex_t ptepindex;
4495                 pd_entry_t *ptepa;
4496
4497                 /*
4498                  * Calculate pagetable page index
4499                  */
4500                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4501                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4502                         mpte->wire_count++;
4503                 } else {
4504                         /*
4505                          * Get the page directory entry
4506                          */
4507                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4508
4509                         /*
4510                          * If the page table page is mapped, we just increment
4511                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4512                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4513                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4514                          */
4515                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4516                                 if (*ptepa & PG_PS)
4517                                         return (NULL);
4518                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4519                                 mpte->wire_count++;
4520                         } else {
4521                                 /*
4522                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4523                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4524                                  */
4525                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4526                                 if (mpte == NULL)
4527                                         return (mpte);
4528                         }
4529                 }
4530                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4531                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4532         } else {
4533                 mpte = NULL;
4534                 pte = vtopte(va);
4535         }
4536         if (*pte) {
4537                 if (mpte != NULL) {
4538                         mpte->wire_count--;
4539                         mpte = NULL;
4540                 }
4541                 return (mpte);
4542         }
4543
4544         /*
4545          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4546          */
4547         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4548             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4549                 if (mpte != NULL) {
4550                         SLIST_INIT(&free);
4551                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4552                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4553                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4554                         }
4555                         mpte = NULL;
4556                 }
4557                 return (mpte);
4558         }
4559
4560         /*
4561          * Increment counters
4562          */
4563         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4564
4565         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4566         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4567                 pa |= pg_nx;
4568
4569         /*
4570          * Now validate mapping with RO protection
4571          */
4572         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4573                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4574         else
4575                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4576         return (mpte);
4577 }
4578
4579 /*
4580  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4581  * to be used for panic dumps.
4582  */
4583 void *
4584 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4585 {
4586         vm_offset_t va;
4587
4588         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4589         pmap_kenter(va, pa);
4590         invlpg(va);
4591         return ((void *)crashdumpmap);
4592 }
4593
4594 /*
4595  * This code maps large physical mmap regions into the
4596  * processor address space.  Note that some shortcuts
4597  * are taken, but the code works.
4598  */
4599 void
4600 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4601     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4602 {
4603         pd_entry_t *pde;
4604         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4605         vm_paddr_t pa, ptepa;
4606         vm_page_t p, pdpg;
4607         int pat_mode;
4608
4609         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4610         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4611         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4612         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4613
4614         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4615         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4616             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4617         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4618                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4619                         return;
4620                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4621                         return;
4622                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4623                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4624                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4625                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4626
4627                 /*
4628                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4629                  * aligned to a 2MB page boundary.
4630                  */
4631                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4632                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4633                         return;
4634
4635                 /*
4636                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4637                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4638                  * memory attributes.
4639                  */
4640                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4641                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4642                     pa += PAGE_SIZE) {
4643                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4644                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4645                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4646                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4647                                 return;
4648                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4649                 }
4650
4651                 /*
4652                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4653                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4654                  * will not affect the termination of this loop.
4655                  */ 
4656                 PMAP_LOCK(pmap);
4657                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4658                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4659                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4660                         if (pdpg == NULL) {
4661                                 /*
4662                                  * The creation of mappings below is only an
4663                                  * optimization.  If a page directory page
4664                                  * cannot be allocated without blocking,
4665                                  * continue on to the next mapping rather than
4666                                  * blocking.
4667                                  */
4668                                 addr += NBPDR;
4669                                 continue;
4670                         }
4671                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4672                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4673                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4674                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4675                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4676                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4677                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4678                         } else {
4679                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4680                                 pdpg->wire_count--;
4681                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4682                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4683                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4684                         }
4685                         addr += NBPDR;
4686                 }
4687                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4688         }
4689 }
4690
4691 /*
4692  *      Routine:        pmap_change_wiring
4693  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
4694  *                      pair.
4695  *      In/out conditions:
4696  *                      The mapping must already exist in the pmap.
4697  */
4698 void
4699 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
4700 {
4701         pd_entry_t *pde;
4702         pt_entry_t *pte;
4703         boolean_t pv_lists_locked;
4704
4705         pv_lists_locked = FALSE;
4706
4707         /*
4708          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4709          * invalidate TLB.
4710          */
4711 retry:
4712         PMAP_LOCK(pmap);
4713         pde = pmap_pde(pmap, va);
4714         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4715                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4716                         if (!pv_lists_locked) {
4717                                 pv_lists_locked = TRUE;
4718                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4719                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4720                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4721                                         goto retry;
4722                                 }
4723                         }
4724                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4725                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4726                 } else
4727                         goto out;
4728         }
4729         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4730         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4731                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4732                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4733         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4734                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4735                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4736         }
4737 out:
4738         if (pv_lists_locked)
4739                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4740         PMAP_UNLOCK(pmap);
4741 }
4742
4743 /*
4744  *      Copy the range specified by src_addr/len
4745  *      from the source map to the range dst_addr/len
4746  *      in the destination map.
4747  *
4748  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4749  */
4750
4751 void
4752 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4753     vm_offset_t src_addr)
4754 {
4755         struct rwlock *lock;
4756         struct spglist free;
4757         vm_offset_t addr;
4758         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4759         vm_offset_t va_next;
4760         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4761
4762         if (dst_addr != src_addr)
4763                 return;
4764
4765         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4766                 return;
4767
4768         /*
4769          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4770          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4771          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4772          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4773          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4774          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4775          */
4776         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4777                 return;
4778
4779         lock = NULL;
4780         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4781         if (dst_pmap < src_pmap) {
4782                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4783                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4784         } else {
4785                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4786                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4787         }
4788
4789         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4790         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4791         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4792
4793         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4794                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4795                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4796                 pml4_entry_t *pml4e;
4797                 pdp_entry_t *pdpe;
4798                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4799
4800                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4801                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4802
4803                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4804                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4805                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4806                         if (va_next < addr)
4807                                 va_next = end_addr;
4808                         continue;
4809                 }
4810
4811                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4812                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4813                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4814                         if (va_next < addr)
4815                                 va_next = end_addr;
4816                         continue;
4817                 }
4818
4819                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4820                 if (va_next < addr)
4821                         va_next = end_addr;
4822
4823                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4824                 srcptepaddr = *pde;
4825                 if (srcptepaddr == 0)
4826                         continue;
4827                         
4828                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4829                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4830                                 continue;
4831                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4832                         if (dstmpde == NULL)
4833                                 break;
4834                         pde = (pd_entry_t *)
4835                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4836                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4837                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4838                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4839                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4840                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4841                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4842                         } else
4843                                 dstmpde->wire_count--;
4844                         continue;
4845                 }
4846
4847                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4848                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4849                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4850                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4851
4852                 if (va_next > end_addr)
4853                         va_next = end_addr;
4854
4855                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4856                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4857                 dstmpte = NULL;
4858                 while (addr < va_next) {
4859                         pt_entry_t ptetemp;
4860                         ptetemp = *src_pte;
4861                         /*
4862                          * we only virtual copy managed pages
4863                          */
4864                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4865                                 if (dstmpte != NULL &&
4866                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4867                                         dstmpte->wire_count++;
4868                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4869                                     addr, NULL)) == NULL)
4870                                         goto out;
4871                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4872                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4873                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4874                                 if (*dst_pte == 0 &&
4875                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4876                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4877                                     &lock)) {
4878                                         /*
4879                                          * Clear the wired, modified, and
4880                                          * accessed (referenced) bits
4881                                          * during the copy.
4882                                          */
4883                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4884                                             PG_A);
4885                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4886                                 } else {
4887                                         SLIST_INIT(&free);
4888                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4889                                             dstmpte, &free)) {
4890                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4891                                                     addr);
4892                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4893                                         }
4894                                         goto out;
4895                                 }
4896                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4897                                         break;
4898                         }
4899                         addr += PAGE_SIZE;
4900                         src_pte++;
4901                 }
4902         }
4903 out:
4904         if (lock != NULL)
4905                 rw_wunlock(lock);
4906         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4907         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4908         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4909 }
4910
4911 /*
4912  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4913  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4914  */
4915 void
4916 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4917 {
4918         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4919
4920         pagezero((void *)va);
4921 }
4922
4923 /*
4924  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4925  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4926  *
4927  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4928  */
4929 void
4930 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4931 {
4932         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4933
4934         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4935                 pagezero((void *)va);
4936         else
4937                 bzero((char *)va + off, size);
4938 }
4939
4940 /*
4941  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4942  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4943  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4944  *      outside of Giant.
4945  */
4946 void
4947 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4948 {
4949         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4950
4951         pagezero((void *)va);
4952 }
4953
4954 /*
4955  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4956  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4957  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4958  *      time.
4959  */
4960 void
4961 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4962 {
4963         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4964         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4965
4966         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4967 }
4968
4969 int unmapped_buf_allowed = 1;
4970
4971 void
4972 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4973     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4974 {
4975         void *a_cp, *b_cp;
4976         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4977         int cnt;
4978
4979         while (xfersize > 0) {
4980                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4981                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4982                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4983                     phys_addr) + a_pg_offset;
4984                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4985                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4986                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4987                     phys_addr) + b_pg_offset;
4988                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4989                 a_offset += cnt;
4990                 b_offset += cnt;
4991                 xfersize -= cnt;
4992         }
4993 }
4994
4995 /*
4996  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4997  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4998  * be changed upwards or downwards in the future; it
4999  * is only necessary that true be returned for a small
5000  * subset of pmaps for proper page aging.
5001  */
5002 boolean_t
5003 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5004 {
5005         struct md_page *pvh;
5006         struct rwlock *lock;
5007         pv_entry_t pv;
5008         int loops = 0;
5009         boolean_t rv;
5010
5011         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5012             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5013         rv = FALSE;
5014         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5015         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5016         rw_rlock(lock);
5017         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5018                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5019                         rv = TRUE;
5020                         break;
5021                 }
5022                 loops++;
5023                 if (loops >= 16)
5024                         break;
5025         }
5026         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5027                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5028                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5029                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5030                                 rv = TRUE;
5031                                 break;
5032                         }
5033                         loops++;
5034                         if (loops >= 16)
5035                                 break;
5036                 }
5037         }
5038         rw_runlock(lock);
5039         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5040         return (rv);
5041 }
5042
5043 /*
5044  *      pmap_page_wired_mappings:
5045  *
5046  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5047  *      that are wired.
5048  */
5049 int
5050 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5051 {
5052         struct rwlock *lock;
5053         struct md_page *pvh;
5054         pmap_t pmap;
5055         pt_entry_t *pte;
5056         pv_entry_t pv;
5057         int count, md_gen, pvh_gen;
5058
5059         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5060                 return (0);
5061         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5062         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5063         rw_rlock(lock);
5064 restart:
5065         count = 0;
5066         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5067                 pmap = PV_PMAP(pv);
5068                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5069                         md_gen = m->md.pv_gen;
5070                         rw_runlock(lock);
5071                         PMAP_LOCK(pmap);
5072                         rw_rlock(lock);
5073                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5074                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5075                                 goto restart;
5076                         }
5077                 }
5078                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5079                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5080                         count++;
5081                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5082         }
5083         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5084                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5085                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5086                         pmap = PV_PMAP(pv);
5087                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5088                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5089                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5090                                 rw_runlock(lock);
5091                                 PMAP_LOCK(pmap);
5092                                 rw_rlock(lock);
5093                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5094                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5095                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5096                                         goto restart;
5097                                 }
5098                         }
5099                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5100                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5101                                 count++;
5102                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5103                 }
5104         }
5105         rw_runlock(lock);
5106         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5107         return (count);
5108 }
5109
5110 /*
5111  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5112  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5113  */
5114 boolean_t
5115 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5116 {
5117         struct rwlock *lock;
5118         boolean_t rv;
5119
5120         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5121                 return (FALSE);
5122         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5123         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5124         rw_rlock(lock);
5125         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5126             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5127             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5128         rw_runlock(lock);
5129         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5130         return (rv);
5131 }
5132
5133 /*
5134  * Remove all pages from specified address space
5135  * this aids process exit speeds.  Also, this code
5136  * is special cased for current process only, but
5137  * can have the more generic (and slightly slower)
5138  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
5139  * in the case of running down an entire address space.
5140  */
5141 void
5142 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5143 {
5144         pd_entry_t ptepde;
5145         pt_entry_t *pte, tpte;
5146         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5147         struct spglist free;
5148         vm_page_t m, mpte, mt;
5149         pv_entry_t pv;
5150         struct md_page *pvh;
5151         struct pv_chunk *pc, *npc;
5152         struct rwlock *lock;
5153         int64_t bit;
5154         uint64_t inuse, bitmask;
5155         int allfree, field, freed, idx;
5156         boolean_t superpage;
5157         vm_paddr_t pa;
5158
5159         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
5160                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
5161                 return;
5162         }
5163
5164         lock = NULL;
5165         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5166         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5167         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5168
5169         SLIST_INIT(&free);
5170         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5171         PMAP_LOCK(pmap);
5172         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5173                 allfree = 1;
5174                 freed = 0;
5175                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5176                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5177                         while (inuse != 0) {
5178                                 bit = bsfq(inuse);
5179                                 bitmask = 1UL << bit;
5180                                 idx = field * 64 + bit;
5181                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5182                                 inuse &= ~bitmask;
5183
5184                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5185                                 ptepde = *pte;
5186                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5187                                 tpte = *pte;
5188                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5189                                         superpage = FALSE;
5190                                         ptepde = tpte;
5191                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5192                                             PG_FRAME);
5193                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5194                                         tpte = *pte;
5195                                 } else {
5196                                         /*
5197                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5198                                          * superpage explicitly instead of
5199                                          * relying on PG_PS being set.
5200                                          *
5201                                          * This is because PG_PS is numerically
5202                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5203                                          * regular page could be mistaken for
5204                                          * a superpage.
5205                                          */
5206                                         superpage = TRUE;
5207                                 }
5208
5209                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5210                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5211                                             pv->pv_va, tpte);
5212                                 }
5213
5214 /*
5215  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5216  */
5217                                 if (tpte & PG_W) {
5218                                         allfree = 0;
5219                                         continue;
5220                                 }
5221
5222                                 if (superpage)
5223                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5224                                 else
5225                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5226
5227                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5228                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5229                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5230                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5231                                     (uintmax_t)tpte));
5232
5233                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5234                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5235                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5236                                     (uintmax_t)tpte));
5237
5238                                 pte_clear(pte);
5239
5240                                 /*
5241                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5242                                  */
5243                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5244                                         if (superpage) {
5245                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5246                                                         vm_page_dirty(mt);
5247                                         } else
5248                                                 vm_page_dirty(m);
5249                                 }
5250
5251                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5252
5253                                 /* Mark free */
5254                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5255                                 if (superpage) {
5256                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5257                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5258                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5259                                         pvh->pv_gen++;
5260                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5261                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5262                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5263                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5264                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5265                                         }
5266                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5267                                         if (mpte != NULL) {
5268                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5269                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5270                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5271                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5272                                                 mpte->wire_count = 0;
5273                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5274                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
5275                                         }
5276                                 } else {
5277                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5278                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5279                                         m->md.pv_gen++;
5280                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5281                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5282                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5283                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5284                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5285                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5286                                         }
5287                                 }
5288                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5289                                 freed++;
5290                         }
5291                 }
5292                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5293                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5294                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5295                 if (allfree) {
5296                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5297                         free_pv_chunk(pc);
5298                 }
5299         }
5300         if (lock != NULL)
5301                 rw_wunlock(lock);
5302         pmap_invalidate_all(pmap);
5303         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5304         PMAP_UNLOCK(pmap);
5305         pmap_free_zero_pages(&free);
5306 }
5307
5308 static boolean_t
5309 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5310 {
5311         struct rwlock *lock;
5312         pv_entry_t pv;
5313         struct md_page *pvh;
5314         pt_entry_t *pte, mask;
5315         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5316         pmap_t pmap;
5317         int md_gen, pvh_gen;
5318         boolean_t rv;
5319
5320         rv = FALSE;
5321         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5322         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5323         rw_rlock(lock);
5324 restart:
5325         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5326                 pmap = PV_PMAP(pv);
5327                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5328                         md_gen = m->md.pv_gen;
5329                         rw_runlock(lock);
5330                         PMAP_LOCK(pmap);
5331                         rw_rlock(lock);
5332                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5333                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5334                                 goto restart;
5335                         }
5336                 }
5337                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5338                 mask = 0;
5339                 if (modified) {
5340                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5341                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5342                         mask |= PG_RW | PG_M;
5343                 }
5344                 if (accessed) {
5345                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5346                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5347                         mask |= PG_V | PG_A;
5348                 }
5349                 rv = (*pte & mask) == mask;
5350                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5351                 if (rv)
5352                         goto out;
5353         }
5354         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5355                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5356                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5357                         pmap = PV_PMAP(pv);
5358                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5359                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5360                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5361                                 rw_runlock(lock);
5362                                 PMAP_LOCK(pmap);
5363                                 rw_rlock(lock);
5364                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5365                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5366                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5367                                         goto restart;
5368                                 }
5369                         }
5370                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5371                         mask = 0;
5372                         if (modified) {
5373                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5374                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5375                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5376                         }
5377                         if (accessed) {
5378                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5379                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5380                                 mask |= PG_V | PG_A;
5381                         }
5382                         rv = (*pte & mask) == mask;
5383                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5384                         if (rv)
5385                                 goto out;
5386                 }
5387         }
5388 out:
5389         rw_runlock(lock);
5390         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5391         return (rv);
5392 }
5393
5394 /*
5395  *      pmap_is_modified:
5396  *
5397  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5398  *      in any physical maps.
5399  */
5400 boolean_t
5401 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5402 {
5403
5404         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5405             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5406
5407         /*
5408          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5409          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5410          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5411          */
5412         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5413         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5414                 return (FALSE);
5415         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5416 }
5417
5418 /*
5419  *      pmap_is_prefaultable:
5420  *
5421  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5422  *      for prefault.
5423  */
5424 boolean_t
5425 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5426 {
5427         pd_entry_t *pde;
5428         pt_entry_t *pte, PG_V;
5429         boolean_t rv;
5430
5431         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5432         rv = FALSE;
5433         PMAP_LOCK(pmap);
5434         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5435         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5436                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5437                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5438         }
5439         PMAP_UNLOCK(pmap);
5440         return (rv);
5441 }
5442
5443 /*
5444  *      pmap_is_referenced:
5445  *
5446  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5447  *      in any physical maps.
5448  */
5449 boolean_t
5450 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5451 {
5452
5453         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5454             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5455         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5456 }
5457
5458 /*
5459  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5460  */
5461 void
5462 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5463 {
5464         struct md_page *pvh;
5465         pmap_t pmap;
5466         struct rwlock *lock;
5467         pv_entry_t next_pv, pv;
5468         pd_entry_t *pde;
5469         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5470         vm_offset_t va;
5471         int pvh_gen, md_gen;
5472
5473         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5474             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5475
5476         /*
5477          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5478          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5479          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5480          */
5481         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5482         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5483                 return;
5484         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5485         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5486         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5487 retry_pv_loop:
5488         rw_wlock(lock);
5489         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5490                 goto small_mappings;
5491         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5492                 pmap = PV_PMAP(pv);
5493                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5494                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5495                         rw_wunlock(lock);
5496                         PMAP_LOCK(pmap);
5497                         rw_wlock(lock);
5498                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5499                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5500                                 rw_wunlock(lock);
5501                                 goto retry_pv_loop;
5502                         }
5503                 }
5504                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5505                 va = pv->pv_va;
5506                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5507                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5508                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5509                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5510                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5511                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5512                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5513         }
5514 small_mappings:
5515         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5516                 pmap = PV_PMAP(pv);
5517                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5518                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5519                         md_gen = m->md.pv_gen;
5520                         rw_wunlock(lock);
5521                         PMAP_LOCK(pmap);
5522                         rw_wlock(lock);
5523                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5524                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5525                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5526                                 rw_wunlock(lock);
5527                                 goto retry_pv_loop;
5528                         }
5529                 }
5530                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5531                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5532                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5533                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5534                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5535                     m));
5536                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5537 retry:
5538                 oldpte = *pte;
5539                 if (oldpte & PG_RW) {
5540                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5541                             ~(PG_RW | PG_M)))
5542                                 goto retry;
5543                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5544                                 vm_page_dirty(m);
5545                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5546                 }
5547                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5548         }
5549         rw_wunlock(lock);
5550         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5551         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5552 }
5553
5554 static __inline boolean_t
5555 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5556 {
5557
5558         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5559                 return (TRUE);
5560
5561         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5562
5563         /*
5564          * RWX = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5565          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5566          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5567          */
5568         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5569                 return (FALSE);
5570
5571         /*
5572          * RWX = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5573          */
5574         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5575             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5576                 return (TRUE);
5577         else
5578                 return (FALSE);
5579 }
5580
5581 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5582
5583 /*
5584  *      pmap_ts_referenced:
5585  *
5586  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5587  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5588  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5589  *      reference bits set.
5590  *
5591  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5592  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5593  *      optimal aging of shared pages.
5594  */
5595 int
5596 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5597 {
5598         struct md_page *pvh;
5599         pv_entry_t pv, pvf;
5600         pmap_t pmap;
5601         struct rwlock *lock;
5602         pd_entry_t oldpde, *pde;
5603         pt_entry_t *pte, PG_A;
5604         vm_offset_t va;
5605         vm_paddr_t pa;
5606         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5607         struct spglist free;
5608         boolean_t demoted;
5609
5610         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5611             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5612         SLIST_INIT(&free);
5613         cleared = 0;
5614         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5615         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5616         pvh = pa_to_pvh(pa);
5617         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5618         rw_wlock(lock);
5619 retry:
5620         not_cleared = 0;
5621         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5622             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5623                 goto small_mappings;
5624         pv = pvf;
5625         do {
5626                 if (pvf == NULL)
5627                         pvf = pv;
5628                 pmap = PV_PMAP(pv);
5629                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5630                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5631                         rw_wunlock(lock);
5632                         PMAP_LOCK(pmap);
5633                         rw_wlock(lock);
5634                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5635                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5636                                 goto retry;
5637                         }
5638                 }
5639                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5640                 va = pv->pv_va;
5641                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5642                 oldpde = *pde;
5643                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5644                         /*
5645                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5646                          * pages, it should not be cleared every time it is
5647                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5648                          * physical page number, the virtual superpage number,
5649                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5650                          * the 512 on which testing the reference bit will
5651                          * result in clearing that reference bit.  This
5652                          * function is designed to avoid the selection of the
5653                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5654                          *
5655                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5656                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5657                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5658                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5659                          * since the superpage is wired, the current state of
5660                          * its reference bit won't affect page replacement.
5661                          */
5662                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5663                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5664                             (*pde & PG_W) == 0) {
5665                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5666                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5667                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5668                                         demoted = FALSE;
5669                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5670                                     pv->pv_va, &lock)) {
5671                                         /*
5672                                          * Remove the mapping to a single page
5673                                          * so that a subsequent access may
5674                                          * repromote.  Since the underlying
5675                                          * page table page is fully populated,
5676                                          * this removal never frees a page
5677                                          * table page.
5678                                          */
5679                                         demoted = TRUE;
5680                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5681                                             PG_PS_FRAME);
5682                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5683                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5684                                             NULL, &lock);
5685                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5686                                 } else
5687                                         demoted = TRUE;
5688
5689                                 if (demoted) {
5690                                         /*
5691                                          * The superpage mapping was removed
5692                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5693                                          * longer valid.
5694                                          */
5695                                         if (pvf == pv)
5696                                                 pvf = NULL;
5697                                         pv = NULL;
5698                                 }
5699                                 cleared++;
5700                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5701                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5702                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5703                         } else
5704                                 not_cleared++;
5705                 }
5706                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5707                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5708                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5709                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5710                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5711                         pvh->pv_gen++;
5712                 }
5713                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5714                         goto out;
5715         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5716 small_mappings:
5717         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5718                 goto out;
5719         pv = pvf;
5720         do {
5721                 if (pvf == NULL)
5722                         pvf = pv;
5723                 pmap = PV_PMAP(pv);
5724                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5725                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5726                         md_gen = m->md.pv_gen;
5727                         rw_wunlock(lock);
5728                         PMAP_LOCK(pmap);
5729                         rw_wlock(lock);
5730                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5731                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5732                                 goto retry;
5733                         }
5734                 }
5735                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5736                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5737                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5738                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5739                     m));
5740                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5741                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5742                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5743                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5744                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5745                                 cleared++;
5746                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5747                                 /*
5748                                  * Wired pages cannot be paged out so
5749                                  * doing accessed bit emulation for
5750                                  * them is wasted effort. We do the
5751                                  * hard work for unwired pages only.
5752                                  */
5753                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5754                                     *pde, &free, &lock);
5755                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5756                                 cleared++;
5757                                 if (pvf == pv)
5758                                         pvf = NULL;
5759                                 pv = NULL;
5760                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5761                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5762                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5763                         } else
5764                                 not_cleared++;
5765                 }
5766                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5767                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5768                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5769                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5770                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5771                         m->md.pv_gen++;
5772                 }
5773         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5774             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5775 out:
5776         rw_wunlock(lock);
5777         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5778         pmap_free_zero_pages(&free);
5779         return (cleared + not_cleared);
5780 }
5781
5782 /*
5783  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5784  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5785  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5786  */
5787 void
5788 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5789 {
5790         struct rwlock *lock;
5791         pml4_entry_t *pml4e;
5792         pdp_entry_t *pdpe;
5793         pd_entry_t oldpde, *pde;
5794         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5795         vm_offset_t va_next;
5796         vm_page_t m;
5797         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5798
5799         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5800                 return;
5801
5802         /*
5803          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
5804          * the modified and accessed bits below. Since this function is
5805          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
5806          * A/D bit emulation.
5807          */
5808         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5809                 return;
5810
5811         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5812         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5813         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5814         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5815         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5816
5817         pv_lists_locked = FALSE;
5818 resume:
5819         anychanged = FALSE;
5820         PMAP_LOCK(pmap);
5821         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5822                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5823                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5824                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5825                         if (va_next < sva)
5826                                 va_next = eva;
5827                         continue;
5828                 }
5829                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5830                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5831                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5832                         if (va_next < sva)
5833                                 va_next = eva;
5834                         continue;
5835                 }
5836                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5837                 if (va_next < sva)
5838                         va_next = eva;
5839                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5840                 oldpde = *pde;
5841                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5842                         continue;
5843                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5844                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5845                                 continue;
5846                         if (!pv_lists_locked) {
5847                                 pv_lists_locked = TRUE;
5848                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
5849                                         if (anychanged)
5850                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
5851                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5852                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5853                                         goto resume;
5854                                 }
5855                         }
5856                         lock = NULL;
5857                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
5858                                 if (lock != NULL)
5859                                         rw_wunlock(lock);
5860
5861                                 /*
5862                                  * The large page mapping was destroyed.
5863                                  */
5864                                 continue;
5865                         }
5866
5867                         /*
5868                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5869                          * mapping to a single page so that a subsequent
5870                          * access may repromote.  Since the underlying page
5871                          * table page is fully populated, this removal never
5872                          * frees a page table page.
5873                          */
5874                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5875                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
5876                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5877                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5878                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
5879                                     &lock);
5880                                 anychanged = TRUE;
5881                         }
5882                         if (lock != NULL)
5883                                 rw_wunlock(lock);
5884                 }
5885                 if (va_next > eva)
5886                         va_next = eva;
5887                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5888                     sva += PAGE_SIZE) {
5889                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
5890                             PG_V))
5891                                 continue;
5892                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5893                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5894                                         /*
5895                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5896                                          * can be avoided by making the page
5897                                          * dirty now.
5898                                          */
5899                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5900                                         vm_page_dirty(m);
5901                                 }
5902                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
5903                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5904                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5905                         else
5906                                 continue;
5907                         if ((*pte & PG_G) != 0)
5908                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5909                         else
5910                                 anychanged = TRUE;
5911                 }
5912         }
5913         if (anychanged)
5914                 pmap_invalidate_all(pmap);
5915         if (pv_lists_locked)
5916                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
5917         PMAP_UNLOCK(pmap);
5918 }
5919
5920 /*
5921  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5922  */
5923 void
5924 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5925 {
5926         struct md_page *pvh;
5927         pmap_t pmap;
5928         pv_entry_t next_pv, pv;
5929         pd_entry_t oldpde, *pde;
5930         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
5931         struct rwlock *lock;
5932         vm_offset_t va;
5933         int md_gen, pvh_gen;
5934
5935         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5936             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5937         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5938         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5939             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5940
5941         /*
5942          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5943          * If the object containing the page is locked and the page is not
5944          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5945          */
5946         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5947                 return;
5948         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5949         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5950         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5951         rw_wlock(lock);
5952 restart:
5953         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5954                 goto small_mappings;
5955         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5956                 pmap = PV_PMAP(pv);
5957                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5958                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5959                         rw_wunlock(lock);
5960                         PMAP_LOCK(pmap);
5961                         rw_wlock(lock);
5962                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5963                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5964                                 goto restart;
5965                         }
5966                 }
5967                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5968                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5969                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5970                 va = pv->pv_va;
5971                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5972                 oldpde = *pde;
5973                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5974                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
5975                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5976                                         /*
5977                                          * Write protect the mapping to a
5978                                          * single page so that a subsequent
5979                                          * write access may repromote.
5980                                          */
5981                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5982                                             PG_PS_FRAME);
5983                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5984                                         oldpte = *pte;
5985                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
5986                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
5987                                                     oldpte,
5988                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
5989                                                         oldpte = *pte;
5990                                                 vm_page_dirty(m);
5991                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5992                                         }
5993                                 }
5994                         }
5995                 }
5996                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5997         }
5998 small_mappings:
5999         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6000                 pmap = PV_PMAP(pv);
6001                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6002                         md_gen = m->md.pv_gen;
6003                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6004                         rw_wunlock(lock);
6005                         PMAP_LOCK(pmap);
6006                         rw_wlock(lock);
6007                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6008                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6009                                 goto restart;
6010                         }
6011                 }
6012                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6013                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6014                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6015                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6016                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6017                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6018                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6019                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6020                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6021                 }
6022                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6023         }
6024         rw_wunlock(lock);
6025         rw_runlock(&pvh_global_lock);
6026 }
6027
6028 /*
6029  * Miscellaneous support routines follow
6030  */
6031
6032 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6033 static __inline void
6034 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6035 {
6036         u_int opte, npte;
6037
6038         /*
6039          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6040          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6041          */
6042         do {
6043                 opte = *(u_int *)pte;
6044                 npte = opte & ~mask;
6045                 npte |= cache_bits;
6046         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6047 }
6048
6049 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6050 static __inline void
6051 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6052 {
6053         u_int opde, npde;
6054
6055         /*
6056          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6057          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6058          */
6059         do {
6060                 opde = *(u_int *)pde;
6061                 npde = opde & ~mask;
6062                 npde |= cache_bits;
6063         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6064 }
6065
6066 /*
6067  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6068  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6069  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6070  * NOT real memory.
6071  */
6072 void *
6073 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6074 {
6075         vm_offset_t va, offset;
6076         vm_size_t tmpsize;
6077
6078         /*
6079          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
6080          * map window, use the direct map. 
6081          */
6082         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6083                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6084                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6085                         return ((void *)va);
6086         }
6087         offset = pa & PAGE_MASK;
6088         size = round_page(offset + size);
6089         va = kva_alloc(size);
6090         if (!va)
6091                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
6092         pa = trunc_page(pa);
6093         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6094                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6095         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6096         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
6097         return ((void *)(va + offset));
6098 }
6099
6100 void *
6101 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6102 {
6103
6104         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6105 }
6106
6107 void *
6108 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6109 {
6110
6111         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6112 }
6113
6114 void
6115 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6116 {
6117         vm_offset_t base, offset;
6118
6119         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6120         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6121                 return;
6122         base = trunc_page(va);
6123         offset = va & PAGE_MASK;
6124         size = round_page(offset + size);
6125         kva_free(base, size);
6126 }
6127
6128 /*
6129  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6130  */
6131 static boolean_t
6132 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6133 {
6134         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6135         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6136         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6137         vm_paddr_t mpdepa;
6138         vm_page_t mpde;
6139
6140         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6141         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6142         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6143         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6144
6145         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6146         oldpdpe = *pdpe;
6147         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6148             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6149         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6150             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6151                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6152                     " in pmap %p", va, pmap);
6153                 return (FALSE);
6154         }
6155         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6156         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6157         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6158         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6159             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6160         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6161             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6162         newpde = oldpdpe;
6163
6164         /*
6165          * Initialize the page directory page.
6166          */
6167         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6168                 *pde = newpde;
6169                 newpde += NBPDR;
6170         }
6171
6172         /*
6173          * Demote the mapping.
6174          */
6175         *pdpe = newpdpe;
6176
6177         /*
6178          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6179          */
6180         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6181
6182         pmap_pdpe_demotions++;
6183         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6184             " in pmap %p", va, pmap);
6185         return (TRUE);
6186 }
6187
6188 /*
6189  * Sets the memory attribute for the specified page.
6190  */
6191 void
6192 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6193 {
6194
6195         m->md.pat_mode = ma;
6196
6197         /*
6198          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6199          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6200          * required for data coherence.
6201          */
6202         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6203             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6204             m->md.pat_mode))
6205                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6206 }
6207
6208 /*
6209  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6210  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6211  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6212  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6213  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6214  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6215  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6216  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6217  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6218  * same physical page have different memory types.
6219  *
6220  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6221  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6222  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6223  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6224  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6225  * virtual address range or the direct map.
6226  */
6227 int
6228 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6229 {
6230         int error;
6231
6232         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6233         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6234         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6235         return (error);
6236 }
6237
6238 static int
6239 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6240 {
6241         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6242         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6243         pdp_entry_t *pdpe;
6244         pd_entry_t *pde;
6245         pt_entry_t *pte;
6246         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6247         boolean_t changed;
6248
6249         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6250         base = trunc_page(va);
6251         offset = va & PAGE_MASK;
6252         size = round_page(offset + size);
6253
6254         /*
6255          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6256          * map but excluding the recursive map.
6257          */
6258         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6259                 return (EINVAL);
6260
6261         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6262         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6263         changed = FALSE;
6264
6265         /*
6266          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6267          * into 4KB pages if required.
6268          */
6269         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6270                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6271                 if (*pdpe == 0)
6272                         return (EINVAL);
6273                 if (*pdpe & PG_PS) {
6274                         /*
6275                          * If the current 1GB page already has the required
6276                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6277                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6278                          */
6279                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6280                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6281                                 continue;
6282                         }
6283
6284                         /*
6285                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6286                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6287                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6288                          */
6289                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6290                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6291                                 tmpva += NBPDP;
6292                                 continue;
6293                         }
6294                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6295                                 return (ENOMEM);
6296                 }
6297                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6298                 if (*pde == 0)
6299                         return (EINVAL);
6300                 if (*pde & PG_PS) {
6301                         /*
6302                          * If the current 2MB page already has the required
6303                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6304                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6305                          */
6306                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6307                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6308                                 continue;
6309                         }
6310
6311                         /*
6312                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6313                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6314                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6315                          */
6316                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6317                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6318                                 tmpva += NBPDR;
6319                                 continue;
6320                         }
6321                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6322                                 return (ENOMEM);
6323                 }
6324                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6325                 if (*pte == 0)
6326                         return (EINVAL);
6327                 tmpva += PAGE_SIZE;
6328         }
6329         error = 0;
6330
6331         /*
6332          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6333          * cache mode if required.
6334          */
6335         pa_start = pa_end = 0;
6336         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6337                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6338                 if (*pdpe & PG_PS) {
6339                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6340                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6341                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6342                                 changed = TRUE;
6343                         }
6344                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6345                                 if (pa_start == pa_end) {
6346                                         /* Start physical address run. */
6347                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6348                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6349                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6350                                         pa_end += NBPDP;
6351                                 else {
6352                                         /* Run ended, update direct map. */
6353                                         error = pmap_change_attr_locked(
6354                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6355                                             pa_end - pa_start, mode);
6356                                         if (error != 0)
6357                                                 break;
6358                                         /* Start physical address run. */
6359                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6360                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6361                                 }
6362                         }
6363                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6364                         continue;
6365                 }
6366                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6367                 if (*pde & PG_PS) {
6368                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6369                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6370                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6371                                 changed = TRUE;
6372                         }
6373                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6374                                 if (pa_start == pa_end) {
6375                                         /* Start physical address run. */
6376                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6377                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6378                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6379                                         pa_end += NBPDR;
6380                                 else {
6381                                         /* Run ended, update direct map. */
6382                                         error = pmap_change_attr_locked(
6383                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6384                                             pa_end - pa_start, mode);
6385                                         if (error != 0)
6386                                                 break;
6387                                         /* Start physical address run. */
6388                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6389                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6390                                 }
6391                         }
6392                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6393                 } else {
6394                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6395                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6396                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6397                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6398                                 changed = TRUE;
6399                         }
6400                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6401                                 if (pa_start == pa_end) {
6402                                         /* Start physical address run. */
6403                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6404                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6405                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6406                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6407                                 else {
6408                                         /* Run ended, update direct map. */
6409                                         error = pmap_change_attr_locked(
6410                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6411                                             pa_end - pa_start, mode);
6412                                         if (error != 0)
6413                                                 break;
6414                                         /* Start physical address run. */
6415                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6416                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6417                                 }
6418                         }
6419                         tmpva += PAGE_SIZE;
6420                 }
6421         }
6422         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6423                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6424                     pa_end - pa_start, mode);
6425
6426         /*
6427          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6428          * shouldn't be, etc.
6429          */
6430         if (changed) {
6431                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6432                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
6433         }
6434         return (error);
6435 }
6436
6437 /*
6438  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6439  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6440  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6441  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6442  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6443  */
6444 void
6445 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6446 {
6447         pdp_entry_t *pdpe;
6448         pd_entry_t *pde;
6449         vm_offset_t va;
6450         boolean_t changed;
6451
6452         if (len == 0)
6453                 return;
6454         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6455         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6456             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6457         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6458                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6459                 changed = FALSE;
6460                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6461                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6462                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6463                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6464                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6465                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6466                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6467                         changed = TRUE;
6468                 }
6469                 if (len < NBPDR) {
6470                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6471                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6472                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6473                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6474                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6475                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6476                                 changed = TRUE;
6477                         }
6478                 }
6479                 if (changed && invalidate)
6480                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6481                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6482         }
6483 }
6484
6485 /*
6486  * perform the pmap work for mincore
6487  */
6488 int
6489 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6490 {
6491         pd_entry_t *pdep;
6492         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6493         vm_paddr_t pa;
6494         int val;
6495
6496         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6497         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6498         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6499         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6500
6501         PMAP_LOCK(pmap);
6502 retry:
6503         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6504         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6505                 if (*pdep & PG_PS) {
6506                         pte = *pdep;
6507                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6508                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6509                             PG_FRAME;
6510                         val = MINCORE_SUPER;
6511                 } else {
6512                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6513                         pa = pte & PG_FRAME;
6514                         val = 0;
6515                 }
6516         } else {
6517                 pte = 0;
6518                 pa = 0;
6519                 val = 0;
6520         }
6521         if ((pte & PG_V) != 0) {
6522                 val |= MINCORE_INCORE;
6523                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6524                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6525                 if ((pte & PG_A) != 0)
6526                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6527         }
6528         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6529             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6530             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6531                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6532                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6533                         goto retry;
6534         } else
6535                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6536         PMAP_UNLOCK(pmap);
6537         return (val);
6538 }
6539
6540 void
6541 pmap_activate(struct thread *td)
6542 {
6543         pmap_t  pmap, oldpmap;
6544         u_int   cpuid;
6545
6546         critical_enter();
6547         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6548         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6549         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6550 #ifdef SMP
6551         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6552         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6553         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
6554 #else
6555         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6556         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6557         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_save);
6558 #endif
6559         td->td_pcb->pcb_cr3 = pmap->pm_cr3;
6560         load_cr3(pmap->pm_cr3);
6561         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6562         critical_exit();
6563 }
6564
6565 void
6566 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6567 {
6568 }
6569
6570 /*
6571  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6572  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6573  */
6574 void
6575 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6576     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6577 {
6578         vm_offset_t superpage_offset;
6579
6580         if (size < NBPDR)
6581                 return;
6582         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6583                 offset += ptoa(object->pg_color);
6584         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6585         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6586             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6587                 return;
6588         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6589                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6590         else
6591                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6592 }
6593
6594 #ifdef INVARIANTS
6595 static unsigned long num_dirty_emulations;
6596 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6597              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6598
6599 static unsigned long num_accessed_emulations;
6600 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6601              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6602
6603 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6604 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6605              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6606
6607 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6608 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6609              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6610 #endif  /* INVARIANTS */
6611
6612 int
6613 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6614 {
6615         int rv;
6616         struct rwlock *lock;
6617         vm_page_t m, mpte;
6618         pd_entry_t *pde;
6619         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6620         boolean_t pv_lists_locked;
6621
6622         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6623             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6624
6625         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6626                 return (-1);
6627
6628         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6629         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6630         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6631         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6632
6633         rv = -1;
6634         lock = NULL;
6635         pv_lists_locked = FALSE;
6636 retry:
6637         PMAP_LOCK(pmap);
6638
6639         pde = pmap_pde(pmap, va);
6640         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6641                 goto done;
6642
6643         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6644                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6645 #ifdef INVARIANTS
6646                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6647 #endif
6648                         *pde |= PG_A;
6649                         rv = 0;
6650                 }
6651                 goto done;
6652         }
6653
6654         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6655         if ((*pte & PG_V) == 0)
6656                 goto done;
6657
6658         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6659                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6660                         goto done;
6661                 *pte |= PG_M;
6662         }
6663         *pte |= PG_A;
6664
6665         /* try to promote the mapping */
6666         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6667                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6668         else
6669                 mpte = NULL;
6670
6671         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6672
6673         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
6674             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6675             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6676             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
6677                 if (!pv_lists_locked) {
6678                         pv_lists_locked = TRUE;
6679                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6680                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6681                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
6682                                 goto retry;
6683                         }
6684                 }
6685                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6686 #ifdef INVARIANTS
6687                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
6688 #endif
6689         }
6690 #ifdef INVARIANTS
6691         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
6692                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
6693         else
6694                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
6695 #endif
6696         rv = 0;         /* success */
6697 done:
6698         if (lock != NULL)
6699                 rw_wunlock(lock);
6700         if (pv_lists_locked)
6701                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6702         PMAP_UNLOCK(pmap);
6703         return (rv);
6704 }
6705
6706 void
6707 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
6708 {
6709         pml4_entry_t *pml4;
6710         pdp_entry_t *pdp;
6711         pd_entry_t *pde;
6712         pt_entry_t *pte, PG_V;
6713         int idx;
6714
6715         idx = 0;
6716         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6717         PMAP_LOCK(pmap);
6718
6719         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6720         ptr[idx++] = *pml4;
6721         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
6722                 goto done;
6723
6724         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6725         ptr[idx++] = *pdp;
6726         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
6727                 goto done;
6728
6729         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6730         ptr[idx++] = *pde;
6731         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
6732                 goto done;
6733
6734         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6735         ptr[idx++] = *pte;
6736
6737 done:
6738         PMAP_UNLOCK(pmap);
6739         *num = idx;
6740 }
6741
6742 #include "opt_ddb.h"
6743 #ifdef DDB
6744 #include <ddb/ddb.h>
6745
6746 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
6747 {
6748         pmap_t pmap;
6749         pml4_entry_t *pml4;
6750         pdp_entry_t *pdp;
6751         pd_entry_t *pde;
6752         pt_entry_t *pte, PG_V;
6753         vm_offset_t va;
6754
6755         if (have_addr) {
6756                 va = (vm_offset_t)addr;
6757                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
6758         } else {
6759                 db_printf("show pte addr\n");
6760                 return;
6761         }
6762         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6763         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6764         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
6765         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
6766                 db_printf("\n");
6767                 return;
6768         }
6769         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6770         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
6771         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
6772                 db_printf("\n");
6773                 return;
6774         }
6775         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6776         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
6777         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
6778                 db_printf("\n");
6779                 return;
6780         }
6781         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6782         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
6783 }
6784
6785 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
6786 {
6787         vm_paddr_t a;
6788
6789         if (have_addr) {
6790                 a = (vm_paddr_t)addr;
6791                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
6792         } else {
6793                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
6794         }
6795 }
6796 #endif