]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.3.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
- Copy stable/10@296371 to releng/10.3 in preparation for 10.3-RC1
[FreeBSD/releng/10.3.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_phys.h>
134 #include <vm/vm_radix.h>
135 #include <vm/vm_reserv.h>
136 #include <vm/uma.h>
137
138 #include <machine/intr_machdep.h>
139 #include <machine/apicvar.h>
140 #include <machine/cpu.h>
141 #include <machine/cputypes.h>
142 #include <machine/md_var.h>
143 #include <machine/pcb.h>
144 #include <machine/specialreg.h>
145 #ifdef SMP
146 #include <machine/smp.h>
147 #endif
148
149 static __inline boolean_t
150 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
151 {
152
153         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
154 }
155
156 static __inline boolean_t
157 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
158 {
159
160         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
161 }
162
163 static __inline pt_entry_t
164 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
165 {
166         pt_entry_t mask;
167
168         switch (pmap->pm_type) {
169         case PT_X86:
170         case PT_RVI:
171                 mask = X86_PG_V;
172                 break;
173         case PT_EPT:
174                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
175                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
176                 else
177                         mask = EPT_PG_READ;
178                 break;
179         default:
180                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
181         }
182
183         return (mask);
184 }
185
186 static __inline pt_entry_t
187 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
188 {
189         pt_entry_t mask;
190
191         switch (pmap->pm_type) {
192         case PT_X86:
193         case PT_RVI:
194                 mask = X86_PG_RW;
195                 break;
196         case PT_EPT:
197                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
198                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
199                 else
200                         mask = EPT_PG_WRITE;
201                 break;
202         default:
203                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
204         }
205
206         return (mask);
207 }
208
209 static __inline pt_entry_t
210 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
211 {
212         pt_entry_t mask;
213
214         switch (pmap->pm_type) {
215         case PT_X86:
216                 mask = X86_PG_G;
217                 break;
218         case PT_RVI:
219         case PT_EPT:
220                 mask = 0;
221                 break;
222         default:
223                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
224         }
225
226         return (mask);
227 }
228
229 static __inline pt_entry_t
230 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
231 {
232         pt_entry_t mask;
233
234         switch (pmap->pm_type) {
235         case PT_X86:
236         case PT_RVI:
237                 mask = X86_PG_A;
238                 break;
239         case PT_EPT:
240                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
241                         mask = EPT_PG_READ;
242                 else
243                         mask = EPT_PG_A;
244                 break;
245         default:
246                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
247         }
248
249         return (mask);
250 }
251
252 static __inline pt_entry_t
253 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
254 {
255         pt_entry_t mask;
256
257         switch (pmap->pm_type) {
258         case PT_X86:
259         case PT_RVI:
260                 mask = X86_PG_M;
261                 break;
262         case PT_EPT:
263                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
264                         mask = EPT_PG_WRITE;
265                 else
266                         mask = EPT_PG_M;
267                 break;
268         default:
269                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
270         }
271
272         return (mask);
273 }
274
275 #if !defined(DIAGNOSTIC)
276 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
277 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
278 #else
279 #define PMAP_INLINE     extern inline
280 #endif
281 #else
282 #define PMAP_INLINE
283 #endif
284
285 #ifdef PV_STATS
286 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
287 #else
288 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
289 #endif
290
291 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
292 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
293
294 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
295
296 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
297                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
298
299 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
300         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
301         struct rwlock *_new_lock;                       \
302                                                         \
303         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
304         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
305                 if (*_lockp != NULL)                    \
306                         rw_wunlock(*_lockp);            \
307                 *_lockp = _new_lock;                    \
308                 rw_wlock(*_lockp);                      \
309         }                                               \
310 } while (0)
311
312 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
313                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
314
315 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
316         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
317                                                         \
318         if (*_lockp != NULL) {                          \
319                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
320                 *_lockp = NULL;                         \
321         }                                               \
322 } while (0)
323
324 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
325                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
326
327 struct pmap kernel_pmap_store;
328
329 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
330 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
331
332 int nkpt;
333 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
334     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
335
336 static int ndmpdp;
337 vm_paddr_t dmaplimit;
338 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
339 pt_entry_t pg_nx;
340
341 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
342
343 static int pat_works = 1;
344 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
345     "Is page attribute table fully functional?");
346
347 static int pg_ps_enabled = 1;
348 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
349     "Are large page mappings enabled?");
350
351 #define PAT_INDEX_SIZE  8
352 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
353
354 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
355 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
356 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
357 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
358
359 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
360 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
361 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
362
363 /*
364  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
365  */
366 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
367 static struct pmap_preinit_mapping {
368         vm_paddr_t      pa;
369         vm_offset_t     va;
370         vm_size_t       sz;
371         int             mode;
372 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
373 static int pmap_initialized;
374
375 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
376
377 /*
378  * Data for the pv entry allocation mechanism
379  */
380 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
381 static struct mtx pv_chunks_mutex;
382 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
383 static struct md_page *pv_table;
384
385 /*
386  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
387  */
388 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
389 caddr_t CADDR1 = 0;
390
391 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
392
393 static struct unrhdr pcid_unr;
394 static struct mtx pcid_mtx;
395 int pmap_pcid_enabled = 0;
396 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pmap_pcid_enabled,
397     0, "Is TLB Context ID enabled ?");
398 int invpcid_works = 0;
399 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
400     "Is the invpcid instruction available ?");
401
402 static int
403 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
404 {
405         int i;
406         uint64_t res;
407
408         res = 0;
409         CPU_FOREACH(i) {
410                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
411         }
412         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
413 }
414 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
415     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
416     "Count of saved TLB context on switch");
417
418 /* pmap_copy_pages() over non-DMAP */
419 static struct mtx cpage_lock;
420 static vm_offset_t cpage_a;
421 static vm_offset_t cpage_b;
422
423 /*
424  * Crashdump maps.
425  */
426 static caddr_t crashdumpmap;
427
428 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
429 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
430 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
431 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
432 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
433 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
434                     struct rwlock **lockp);
435 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
436                     struct rwlock **lockp);
437 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
438                     struct rwlock **lockp);
439 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
440                     struct rwlock **lockp);
441 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
442 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
443                     vm_offset_t va);
444
445 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
446 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
447 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
448     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
449 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
450     vm_offset_t va);
451 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
452     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
453 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
454     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
455 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
456 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
457 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
458 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
459 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
460 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
461     struct rwlock **lockp);
462 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
463     vm_prot_t prot);
464 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
465 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
466     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
467 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
468     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
469 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
470 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
471     struct spglist *free);
472 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
473     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
474 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
475     pd_entry_t newpde);
476 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
477
478 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
479                 struct rwlock **lockp);
480 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
481                 struct rwlock **lockp);
482 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
483                 struct rwlock **lockp);
484
485 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
486     struct spglist *free);
487 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
488 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
489
490 /*
491  * Move the kernel virtual free pointer to the next
492  * 2MB.  This is used to help improve performance
493  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
494  * (.text, .data, .bss)
495  */
496 static vm_offset_t
497 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
498 {
499         vm_offset_t newaddr = addr;
500
501         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
502         return (newaddr);
503 }
504
505 /********************/
506 /* Inline functions */
507 /********************/
508
509 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
510 static __inline vm_pindex_t
511 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
512 {
513         return (va >> PDRSHIFT);
514 }
515
516
517 /* Return various clipped indexes for a given VA */
518 static __inline vm_pindex_t
519 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
520 {
521
522         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
523 }
524
525 static __inline vm_pindex_t
526 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
527 {
528
529         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
530 }
531
532 static __inline vm_pindex_t
533 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
534 {
535
536         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
537 }
538
539 static __inline vm_pindex_t
540 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
541 {
542
543         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
544 }
545
546 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
547 static __inline pml4_entry_t *
548 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
549 {
550
551         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
552 }
553
554 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
555 static __inline pdp_entry_t *
556 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
557 {
558         pdp_entry_t *pdpe;
559
560         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
561         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
562 }
563
564 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
565 static __inline pdp_entry_t *
566 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
567 {
568         pml4_entry_t *pml4e;
569         pt_entry_t PG_V;
570
571         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
572         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
573         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
574                 return (NULL);
575         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
576 }
577
578 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
579 static __inline pd_entry_t *
580 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
581 {
582         pd_entry_t *pde;
583
584         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
585         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
586 }
587
588 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
589 static __inline pd_entry_t *
590 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
591 {
592         pdp_entry_t *pdpe;
593         pt_entry_t PG_V;
594
595         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
596         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
597         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
598                 return (NULL);
599         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
600 }
601
602 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
603 static __inline pt_entry_t *
604 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
605 {
606         pt_entry_t *pte;
607
608         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
609         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
610 }
611
612 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
613 static __inline pt_entry_t *
614 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
615 {
616         pd_entry_t *pde;
617         pt_entry_t PG_V;
618
619         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
620         pde = pmap_pde(pmap, va);
621         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
622                 return (NULL);
623         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
624                 return ((pt_entry_t *)pde);
625         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
626 }
627
628 static __inline void
629 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
630 {
631
632         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
633         pmap->pm_stats.resident_count += count;
634 }
635
636 static __inline void
637 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
638 {
639
640         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
641         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
642             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
643             pmap->pm_stats.resident_count, count));
644         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
645 }
646
647 PMAP_INLINE pt_entry_t *
648 vtopte(vm_offset_t va)
649 {
650         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
651
652         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
653
654         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
655 }
656
657 static __inline pd_entry_t *
658 vtopde(vm_offset_t va)
659 {
660         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
661
662         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
663
664         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
665 }
666
667 static u_int64_t
668 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
669 {
670         u_int64_t ret;
671
672         ret = *firstaddr;
673         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
674         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
675         return (ret);
676 }
677
678 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
679
680 /* number of kernel PDP slots */
681 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
682
683 static void
684 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
685 {
686         int pt_pages;
687         
688 #ifdef NKPT
689         pt_pages = NKPT;
690 #else
691         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
692         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
693
694         /*
695          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
696          * the kernel.
697          *
698          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
699          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
700          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
701          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
702          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
703          * physical memory.
704          *
705          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
706          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
707          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
708          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
709          * not uncommon.
710          */
711         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
712 #endif
713         nkpt = pt_pages;
714 }
715
716 static void
717 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
718 {
719         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
720         pt_entry_t *pt_p;
721         pd_entry_t *pd_p;
722         pdp_entry_t *pdp_p;
723         pml4_entry_t *p4_p;
724
725         /* Allocate page table pages for the direct map */
726         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
727         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
728                 ndmpdp = 4;
729         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
730         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
731                 /*
732                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
733                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
734                  */
735                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
736                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
737                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
738                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
739         }
740         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
741         ndm1g = 0;
742         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
743                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
744         if (ndm1g < ndmpdp)
745                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
746         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
747
748         /* Allocate pages */
749         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
750         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
751
752         /*
753          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
754          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
755          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
756          * build in too much slop in our estimate.
757          *
758          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
759          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
760          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
761          */
762         nkpt_init(*firstaddr);
763         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
764
765         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
766         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
767
768         /* Fill in the underlying page table pages */
769         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
770         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
771         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
772         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
773                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
774
775         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
776         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
777         for (i = 0; i < nkpt; i++)
778                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
779
780         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
781         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
782         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
783                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
784                     X86_PG_G;
785
786         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
787         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
788         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
789                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
790                     PG_U;
791
792         /*
793          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
794          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
795          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
796          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
797          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
798          * that are partially used. 
799          */
800         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
801         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
802                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
803                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
804                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
805                     X86_PG_M | X86_PG_A;
806         }
807         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
808         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
809                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
810                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
811                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
812                     X86_PG_M | X86_PG_A;
813         }
814         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
815                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
816                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
817         }
818
819         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
820         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
821         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
822         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
823
824         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
825         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
826                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
827                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
828         }
829
830         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
831         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
832                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
833                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
834         }
835 }
836
837 /*
838  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
839  *
840  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
841  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
842  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
843  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
844  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
845  *      (physical) address starting relative to 0]
846  */
847 void
848 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
849 {
850         vm_offset_t va;
851         pt_entry_t *pte;
852
853         /*
854          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
855          */
856         create_pagetables(firstaddr);
857
858         /*
859          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
860          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
861          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
862          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
863          * addresses to superpage mappings.
864          */
865         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
866
867         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
868         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
869
870         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
871
872
873         /* XXX do %cr0 as well */
874         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
875         load_cr3(KPML4phys);
876         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
877                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
878
879         /*
880          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
881          */
882         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
883         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
884         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
885         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
886         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_save);        /* always superset of pm_active */
887         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
888         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
889
890         /*
891          * Initialize the global pv list lock.
892          */
893         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
894
895         /*
896          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
897          * mapping of pages.
898          */
899 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
900         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
901
902         va = virtual_avail;
903         pte = vtopte(va);
904
905         /*
906          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
907          * memory test.
908          */
909         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
910         CADDR1 = crashdumpmap;
911
912         virtual_avail = va;
913
914         /* Initialize the PAT MSR. */
915         pmap_init_pat();
916
917         /* Initialize TLB Context Id. */
918         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
919         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
920                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
921                 mtx_init(&pcid_mtx, "pcid", NULL, MTX_DEF);
922                 init_unrhdr(&pcid_unr, 1, (1 << 12) - 1, &pcid_mtx);
923                 /* Check for INVPCID support */
924                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
925                     != 0;
926                 kernel_pmap->pm_pcid = 0;
927 #ifndef SMP
928                 pmap_pcid_enabled = 0;
929 #endif
930         } else
931                 pmap_pcid_enabled = 0;
932 }
933
934 /*
935  * Setup the PAT MSR.
936  */
937 void
938 pmap_init_pat(void)
939 {
940         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
941         uint64_t pat_msr;
942         u_long cr0, cr4;
943         int i;
944
945         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
946         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
947                 panic("no PAT??");
948
949         /* Set default PAT index table. */
950         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
951                 pat_table[i] = -1;
952         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
953         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
954         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
955         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
956         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
957         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
958
959         /* Initialize default PAT entries. */
960         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
961             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
962             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
963             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
964             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
965             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
966             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
967             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
968
969         if (pat_works) {
970                 /*
971                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
972                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
973                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
974                  */
975                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
976                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
977                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
978                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
979                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
980                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
981         } else {
982                 /*
983                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
984                  */
985                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
986                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
987                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
988         }
989
990         /* Disable PGE. */
991         cr4 = rcr4();
992         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
993
994         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
995         cr0 = rcr0();
996         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
997
998         /* Flushes caches and TLBs. */
999         wbinvd();
1000         invltlb();
1001
1002         /* Update PAT and index table. */
1003         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1004         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1005                 pat_index[i] = pat_table[i];
1006
1007         /* Flush caches and TLBs again. */
1008         wbinvd();
1009         invltlb();
1010
1011         /* Restore caches and PGE. */
1012         load_cr0(cr0);
1013         load_cr4(cr4);
1014 }
1015
1016 /*
1017  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1018  */
1019 void
1020 pmap_page_init(vm_page_t m)
1021 {
1022
1023         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1024         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1025 }
1026
1027 /*
1028  *      Initialize the pmap module.
1029  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1030  *      system needs to map virtual memory.
1031  */
1032 void
1033 pmap_init(void)
1034 {
1035         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1036         vm_page_t mpte;
1037         vm_size_t s;
1038         int i, pv_npg;
1039
1040         /*
1041          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1042          * page table pages.
1043          */ 
1044         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1045                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1046                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1047                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1048                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1049                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1050                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1051         }
1052
1053         /*
1054          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1055          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1056          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1057          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1058          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1059          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1060          * or newer AMD processors.
1061          */
1062         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1063             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1064             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1065             AMDID2_FMA4)) == 0)
1066                 workaround_erratum383 = 1;
1067
1068         /*
1069          * Are large page mappings enabled?
1070          */
1071         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1072         if (pg_ps_enabled) {
1073                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1074                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1075                 pagesizes[1] = NBPDR;
1076         }
1077
1078         /*
1079          * Initialize the pv chunk list mutex.
1080          */
1081         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1082
1083         /*
1084          * Initialize the pool of pv list locks.
1085          */
1086         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1087                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1088
1089         /*
1090          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1091          */
1092         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1093
1094         /*
1095          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1096          */
1097         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1098         s = round_page(s);
1099         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1100             M_WAITOK | M_ZERO);
1101         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1102                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1103
1104         mtx_init(&cpage_lock, "cpage", NULL, MTX_DEF);
1105         cpage_a = kva_alloc(PAGE_SIZE);
1106         cpage_b = kva_alloc(PAGE_SIZE);
1107
1108         pmap_initialized = 1;
1109         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1110                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1111                 if (ppim->va == 0)
1112                         continue;
1113                 /* Make the direct map consistent */
1114                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1115                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1116                             ppim->sz, ppim->mode);
1117                 }
1118                 if (!bootverbose)
1119                         continue;
1120                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1121                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1122         }
1123 }
1124
1125 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1126     "2MB page mapping counters");
1127
1128 static u_long pmap_pde_demotions;
1129 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1130     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1131
1132 static u_long pmap_pde_mappings;
1133 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1134     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1135
1136 static u_long pmap_pde_p_failures;
1137 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1138     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1139
1140 static u_long pmap_pde_promotions;
1141 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1142     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1143
1144 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1145     "1GB page mapping counters");
1146
1147 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1148 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1149     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1150
1151 /***************************************************
1152  * Low level helper routines.....
1153  ***************************************************/
1154
1155 static pt_entry_t
1156 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1157 {
1158         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1159
1160         switch (pmap->pm_type) {
1161         case PT_X86:
1162         case PT_RVI:
1163                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1164                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1165                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1166
1167                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1168                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1169                         entry ^= x86_pat_bits;
1170                 break;
1171         case PT_EPT:
1172                 /*
1173                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1174                  * the same way for regular pages and superpages.
1175                  */
1176                 break;
1177         default:
1178                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1179         }
1180
1181         return (entry);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1186  * caching mode.
1187  */
1188 static int
1189 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1190 {
1191         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1192
1193         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1194                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1195
1196         switch (pmap->pm_type) {
1197         case PT_X86:
1198         case PT_RVI:
1199                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1200                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1201
1202                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1203                 pat_idx = pat_index[mode];
1204
1205                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1206                 cache_bits = 0;
1207                 if (pat_idx & 0x4)
1208                         cache_bits |= pat_flag;
1209                 if (pat_idx & 0x2)
1210                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1211                 if (pat_idx & 0x1)
1212                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1213                 break;
1214
1215         case PT_EPT:
1216                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1217                 break;
1218
1219         default:
1220                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1221         }
1222
1223         return (cache_bits);
1224 }
1225
1226 static int
1227 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1228 {
1229         int mask;
1230
1231         switch (pmap->pm_type) {
1232         case PT_X86:
1233         case PT_RVI:
1234                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1235                 break;
1236         case PT_EPT:
1237                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1238                 break;
1239         default:
1240                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1241         }
1242
1243         return (mask);
1244 }
1245
1246 static __inline boolean_t
1247 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1248 {
1249
1250         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1251 }
1252
1253 static void
1254 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1255 {
1256
1257         switch (pmap->pm_type) {
1258         case PT_X86:
1259                 break;
1260         case PT_RVI:
1261         case PT_EPT:
1262                 /*
1263                  * XXX
1264                  * This is a little bogus since the generation number is
1265                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1266                  * space is invalidated in the page tables.
1267                  *
1268                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1269                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1270                  * invalidated in the TLB.
1271                  *
1272                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1273                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1274                  * side-effect.
1275                  */
1276                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1277                 break;
1278         default:
1279                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1280         }
1281         pde_store(pde, newpde);
1282 }
1283
1284 /*
1285  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1286  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1287  * calling processor's TLB is affected.
1288  *
1289  * The calling thread must be pinned to a processor.
1290  */
1291 static void
1292 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1293 {
1294         pt_entry_t PG_G;
1295
1296         if (pmap_type_guest(pmap))
1297                 return;
1298
1299         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1300             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1301
1302         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1303
1304         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1305                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1306                 invlpg(va);
1307         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1308                 /*
1309                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1310                  * because there are too many to flush individually.
1311                  */
1312                 invltlb();
1313         else {
1314                 /*
1315                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1316                  * including any global (PG_G) mappings.
1317                  */
1318                 invltlb_globpcid();
1319         }
1320 }
1321 #ifdef SMP
1322
1323 static void
1324 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1325 {
1326         struct invpcid_descr d;
1327         uint64_t cr3;
1328
1329         if (invpcid_works) {
1330                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1331                 d.pad = 0;
1332                 d.addr = va;
1333                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1334                 return;
1335         }
1336
1337         cr3 = rcr3();
1338         critical_enter();
1339         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1340         invlpg(va);
1341         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1342         critical_exit();
1343 }
1344
1345 /*
1346  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1347  *
1348  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1349  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1350  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1351  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1352  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1353  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1354  * one of the following functions but before a store updating the page
1355  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1356  * processor before its pm_active field is checked but due to
1357  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1358  * pmap as inactive on the other processor.
1359  * 
1360  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1361  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1362  * processor.
1363  */
1364
1365 /*
1366  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1367  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1368  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1369  */
1370 static __inline void
1371 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1372 {
1373         int ipinum;
1374
1375         sched_pin();
1376         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1377             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1378
1379         /*
1380          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1381          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1382          *
1383          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1384          * are flushed from the TLB on each context switch.
1385          *
1386          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1387          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1388          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1389          *
1390          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1391          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1392          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1393          */
1394         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1395
1396         /*
1397          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1398          */
1399         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1400         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1401         sched_unpin();
1402 }
1403
1404 void
1405 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1406 {
1407         cpuset_t other_cpus;
1408         u_int cpuid;
1409
1410         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1411                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1412                 return;
1413         }
1414
1415         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1416             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1417
1418         sched_pin();
1419         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1420                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1421                         invlpg(va);
1422                 } else {
1423                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1424                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1425                                         invlpg(va);
1426                                 else
1427                                         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1428                         } else {
1429                                 invltlb_globpcid();
1430                         }
1431                 }
1432                 smp_invlpg(pmap, va);
1433         } else {
1434                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1435                 other_cpus = all_cpus;
1436                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1437                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1438                         invlpg(va);
1439                 else if (pmap_pcid_enabled) {
1440                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1441                                 pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1442                         else
1443                                 invltlb_globpcid();
1444                 }
1445                 if (pmap_pcid_enabled)
1446                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1447                 else
1448                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1449                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1450                         smp_masked_invlpg(other_cpus, pmap, va);
1451         }
1452         sched_unpin();
1453 }
1454
1455 static void
1456 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1457 {
1458         struct invpcid_descr d;
1459         uint64_t cr3;
1460         vm_offset_t addr;
1461
1462         if (invpcid_works) {
1463                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1464                 d.pad = 0;
1465                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
1466                         d.addr = addr;
1467                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1468                 }
1469                 return;
1470         }
1471
1472         cr3 = rcr3();
1473         critical_enter();
1474         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1475         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1476                 invlpg(addr);
1477         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1478         critical_exit();
1479 }
1480
1481 void
1482 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1483 {
1484         cpuset_t other_cpus;
1485         vm_offset_t addr;
1486         u_int cpuid;
1487
1488         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1489                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1490                 return;
1491         }
1492
1493         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1494             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1495
1496         sched_pin();
1497         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1498                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1499                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1500                                 invlpg(addr);
1501                 } else {
1502                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1503                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1504                                         for (addr = sva; addr < eva;
1505                                             addr += PAGE_SIZE)
1506                                                 invlpg(addr);
1507                                 } else {
1508                                         pmap_invalidate_range_pcid(pmap,
1509                                             sva, eva);
1510                                 }
1511                         } else {
1512                                 invltlb_globpcid();
1513                         }
1514                 }
1515                 smp_invlpg_range(pmap, sva, eva);
1516         } else {
1517                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1518                 other_cpus = all_cpus;
1519                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1520                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active)) {
1521                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1522                                 invlpg(addr);
1523                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1524                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1525                                 pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva);
1526                         else
1527                                 invltlb_globpcid();
1528                 }
1529                 if (pmap_pcid_enabled)
1530                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1531                 else
1532                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1533                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1534                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, pmap, sva, eva);
1535         }
1536         sched_unpin();
1537 }
1538
1539 void
1540 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1541 {
1542         cpuset_t other_cpus;
1543         struct invpcid_descr d;
1544         uint64_t cr3;
1545         u_int cpuid;
1546
1547         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1548                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1549                 return;
1550         }
1551
1552         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1553             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1554
1555         sched_pin();
1556         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1557         if (pmap == kernel_pmap ||
1558             (pmap_pcid_enabled && !CPU_CMP(&pmap->pm_save, &all_cpus)) ||
1559             !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1560                 if (invpcid_works) {
1561                         bzero(&d, sizeof(d));
1562                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1563                 } else {
1564                         invltlb_globpcid();
1565                 }
1566                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1567                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1568                 smp_invltlb(pmap);
1569         } else {
1570                 other_cpus = all_cpus;
1571                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1572
1573                 /*
1574                  * This logic is duplicated in the Xinvltlb shootdown
1575                  * IPI handler.
1576                  */
1577                 if (pmap_pcid_enabled) {
1578                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1579                                 if (invpcid_works) {
1580                                         d.pcid = pmap->pm_pcid;
1581                                         d.pad = 0;
1582                                         d.addr = 0;
1583                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1584                                 } else {
1585                                         cr3 = rcr3();
1586                                         critical_enter();
1587
1588                                         /*
1589                                          * Bit 63 is clear, pcid TLB
1590                                          * entries are invalidated.
1591                                          */
1592                                         load_cr3(pmap->pm_cr3);
1593                                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1594                                         critical_exit();
1595                                 }
1596                         } else {
1597                                 invltlb_globpcid();
1598                         }
1599                 } else if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1600                         invltlb();
1601                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1602                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1603                 if (pmap_pcid_enabled)
1604                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1605                 else
1606                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1607                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1608                         smp_masked_invltlb(other_cpus, pmap);
1609         }
1610         sched_unpin();
1611 }
1612
1613 void
1614 pmap_invalidate_cache(void)
1615 {
1616
1617         sched_pin();
1618         wbinvd();
1619         smp_cache_flush();
1620         sched_unpin();
1621 }
1622
1623 struct pde_action {
1624         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1625         pmap_t pmap;
1626         vm_offset_t va;
1627         pd_entry_t *pde;
1628         pd_entry_t newpde;
1629         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1630 };
1631
1632 static void
1633 pmap_update_pde_action(void *arg)
1634 {
1635         struct pde_action *act = arg;
1636
1637         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1638                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1639 }
1640
1641 static void
1642 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1643 {
1644         struct pde_action *act = arg;
1645
1646         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1647                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1652  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1653  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1654  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1655  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1656  * hardware error.
1657  */
1658 static void
1659 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1660 {
1661         struct pde_action act;
1662         cpuset_t active, other_cpus;
1663         u_int cpuid;
1664
1665         sched_pin();
1666         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1667         other_cpus = all_cpus;
1668         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1669         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1670                 active = all_cpus;
1671         else {
1672                 active = pmap->pm_active;
1673                 CPU_AND_ATOMIC(&pmap->pm_save, &active);
1674         }
1675         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1676                 act.store = cpuid;
1677                 act.invalidate = active;
1678                 act.va = va;
1679                 act.pmap = pmap;
1680                 act.pde = pde;
1681                 act.newpde = newpde;
1682                 CPU_SET(cpuid, &active);
1683                 smp_rendezvous_cpus(active,
1684                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1685                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1686         } else {
1687                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1688                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1689                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1690         }
1691         sched_unpin();
1692 }
1693 #else /* !SMP */
1694 /*
1695  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1696  * We inline these within pmap.c for speed.
1697  */
1698 PMAP_INLINE void
1699 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1700 {
1701
1702         switch (pmap->pm_type) {
1703         case PT_X86:
1704                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1705                         invlpg(va);
1706                 break;
1707         case PT_RVI:
1708         case PT_EPT:
1709                 pmap->pm_eptgen++;
1710                 break;
1711         default:
1712                 panic("pmap_invalidate_page: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1713         }
1714 }
1715
1716 PMAP_INLINE void
1717 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1718 {
1719         vm_offset_t addr;
1720
1721         switch (pmap->pm_type) {
1722         case PT_X86:
1723                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1724                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1725                                 invlpg(addr);
1726                 break;
1727         case PT_RVI:
1728         case PT_EPT:
1729                 pmap->pm_eptgen++;
1730                 break;
1731         default:
1732                 panic("pmap_invalidate_range: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1733         }
1734 }
1735
1736 PMAP_INLINE void
1737 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1738 {
1739
1740         switch (pmap->pm_type) {
1741         case PT_X86:
1742                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1743                         invltlb();
1744                 break;
1745         case PT_RVI:
1746         case PT_EPT:
1747                 pmap->pm_eptgen++;
1748                 break;
1749         default:
1750                 panic("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type);
1751         }
1752 }
1753
1754 PMAP_INLINE void
1755 pmap_invalidate_cache(void)
1756 {
1757
1758         wbinvd();
1759 }
1760
1761 static void
1762 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1763 {
1764
1765         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1766         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1767                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1768         else
1769                 CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1770 }
1771 #endif /* !SMP */
1772
1773 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1774
1775 void
1776 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1777 {
1778
1779         if (force) {
1780                 sva &= ~(vm_offset_t)cpu_clflush_line_size;
1781         } else {
1782                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1783                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1784                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1785                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1786         }
1787
1788         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1789                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1790         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1791             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1792
1793                 /*
1794                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1795                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1796                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1797                  * don't need to flush for that range anyway.
1798                  */
1799                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1800                         return;
1801
1802                 /*
1803                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1804                  * instruction to insure that previous stores are
1805                  * included in the write-back.  The processor
1806                  * propagates flush to other processors in the cache
1807                  * coherence domain.
1808                  */
1809                 mfence();
1810                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1811                         clflush(sva);
1812                 mfence();
1813         } else {
1814
1815                 /*
1816                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1817                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1818                  * Globally invalidate cache.
1819                  */
1820                 pmap_invalidate_cache();
1821         }
1822 }
1823
1824 /*
1825  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1826  *
1827  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1828  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1829  * when moving pages into a different cache domain.
1830  */
1831 void
1832 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1833 {
1834         vm_offset_t daddr, eva;
1835         int i;
1836
1837         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1838             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1839                 pmap_invalidate_cache();
1840         else {
1841                 mfence();
1842                 for (i = 0; i < count; i++) {
1843                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1844                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1845                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1846                                 clflush(daddr);
1847                 }
1848                 mfence();
1849         }
1850 }
1851
1852 /*
1853  *      Routine:        pmap_extract
1854  *      Function:
1855  *              Extract the physical page address associated
1856  *              with the given map/virtual_address pair.
1857  */
1858 vm_paddr_t 
1859 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1860 {
1861         pdp_entry_t *pdpe;
1862         pd_entry_t *pde;
1863         pt_entry_t *pte, PG_V;
1864         vm_paddr_t pa;
1865
1866         pa = 0;
1867         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1868         PMAP_LOCK(pmap);
1869         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1870         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1871                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1872                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1873                 else {
1874                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1875                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1876                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1877                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1878                                             (va & PDRMASK);
1879                                 } else {
1880                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1881                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1882                                             (va & PAGE_MASK);
1883                                 }
1884                         }
1885                 }
1886         }
1887         PMAP_UNLOCK(pmap);
1888         return (pa);
1889 }
1890
1891 /*
1892  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1893  *      Function:
1894  *              Atomically extract and hold the physical page
1895  *              with the given pmap and virtual address pair
1896  *              if that mapping permits the given protection.
1897  */
1898 vm_page_t
1899 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1900 {
1901         pd_entry_t pde, *pdep;
1902         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1903         vm_paddr_t pa;
1904         vm_page_t m;
1905
1906         pa = 0;
1907         m = NULL;
1908         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1909         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1910         PMAP_LOCK(pmap);
1911 retry:
1912         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1913         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1914                 if (pde & PG_PS) {
1915                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1916                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1917                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1918                                         goto retry;
1919                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1920                                     (va & PDRMASK));
1921                                 vm_page_hold(m);
1922                         }
1923                 } else {
1924                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1925                         if ((pte & PG_V) &&
1926                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1927                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1928                                     &pa))
1929                                         goto retry;
1930                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1931                                 vm_page_hold(m);
1932                         }
1933                 }
1934         }
1935         PA_UNLOCK_COND(pa);
1936         PMAP_UNLOCK(pmap);
1937         return (m);
1938 }
1939
1940 vm_paddr_t
1941 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1942 {
1943         pd_entry_t pde;
1944         vm_paddr_t pa;
1945
1946         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1947                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1948         } else {
1949                 pde = *vtopde(va);
1950                 if (pde & PG_PS) {
1951                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1952                 } else {
1953                         /*
1954                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1955                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1956                          * be used to access the PTE because it would use the
1957                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1958                          * because the page table page is preserved by the
1959                          * promotion.
1960                          */
1961                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1962                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1963                 }
1964         }
1965         return (pa);
1966 }
1967
1968 /***************************************************
1969  * Low level mapping routines.....
1970  ***************************************************/
1971
1972 /*
1973  * Add a wired page to the kva.
1974  * Note: not SMP coherent.
1975  */
1976 PMAP_INLINE void 
1977 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1978 {
1979         pt_entry_t *pte;
1980
1981         pte = vtopte(va);
1982         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
1983 }
1984
1985 static __inline void
1986 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1987 {
1988         pt_entry_t *pte;
1989         int cache_bits;
1990
1991         pte = vtopte(va);
1992         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
1993         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * Remove a page from the kernel pagetables.
1998  * Note: not SMP coherent.
1999  */
2000 PMAP_INLINE void
2001 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2002 {
2003         pt_entry_t *pte;
2004
2005         pte = vtopte(va);
2006         pte_clear(pte);
2007 }
2008
2009 /*
2010  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2011  *      virtual address space.
2012  *
2013  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2014  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2015  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2016  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2017  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2018  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2019  *      region.
2020  */
2021 vm_offset_t
2022 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2023 {
2024         return PHYS_TO_DMAP(start);
2025 }
2026
2027
2028 /*
2029  * Add a list of wired pages to the kva
2030  * this routine is only used for temporary
2031  * kernel mappings that do not need to have
2032  * page modification or references recorded.
2033  * Note that old mappings are simply written
2034  * over.  The page *must* be wired.
2035  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2036  */
2037 void
2038 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2039 {
2040         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2041         vm_page_t m;
2042         int cache_bits;
2043
2044         oldpte = 0;
2045         pte = vtopte(sva);
2046         endpte = pte + count;
2047         while (pte < endpte) {
2048                 m = *ma++;
2049                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2050                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2051                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2052                         oldpte |= *pte;
2053                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2054                 }
2055                 pte++;
2056         }
2057         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2058                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2059                     PAGE_SIZE);
2060 }
2061
2062 /*
2063  * This routine tears out page mappings from the
2064  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2065  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2066  */
2067 void
2068 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2069 {
2070         vm_offset_t va;
2071
2072         va = sva;
2073         while (count-- > 0) {
2074                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2075                 pmap_kremove(va);
2076                 va += PAGE_SIZE;
2077         }
2078         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2079 }
2080
2081 /***************************************************
2082  * Page table page management routines.....
2083  ***************************************************/
2084 static __inline void
2085 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2086 {
2087         vm_page_t m;
2088
2089         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2090                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2091                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2092                 vm_page_free_toq(m);
2093         }
2094 }
2095
2096 /*
2097  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2098  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2099  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2100  */
2101 static __inline void
2102 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2103     boolean_t set_PG_ZERO)
2104 {
2105
2106         if (set_PG_ZERO)
2107                 m->flags |= PG_ZERO;
2108         else
2109                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2110         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2111 }
2112         
2113 /*
2114  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2115  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2116  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2117  * ordered by this virtual address range.
2118  */
2119 static __inline int
2120 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2121 {
2122
2123         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2124         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2125 }
2126
2127 /*
2128  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2129  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2130  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2131  */
2132 static __inline vm_page_t
2133 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2134 {
2135
2136         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2137         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2138 }
2139
2140 /*
2141  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2142  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2143  * the pmap's collection.
2144  */
2145 static __inline void
2146 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2147 {
2148
2149         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2150         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2151 }
2152
2153 /*
2154  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2155  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2156  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2157  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2158  */
2159 static inline boolean_t
2160 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2161 {
2162
2163         --m->wire_count;
2164         if (m->wire_count == 0) {
2165                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2166                 return (TRUE);
2167         } else
2168                 return (FALSE);
2169 }
2170
2171 static void
2172 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2173 {
2174
2175         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2176         /*
2177          * unmap the page table page
2178          */
2179         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2180                 /* PDP page */
2181                 pml4_entry_t *pml4;
2182                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2183                 *pml4 = 0;
2184         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2185                 /* PD page */
2186                 pdp_entry_t *pdp;
2187                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2188                 *pdp = 0;
2189         } else {
2190                 /* PTE page */
2191                 pd_entry_t *pd;
2192                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2193                 *pd = 0;
2194         }
2195         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2196         if (m->pindex < NUPDE) {
2197                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2198                 vm_page_t pdpg;
2199
2200                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2201                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2202         }
2203         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2204                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2205                 vm_page_t pdppg;
2206
2207                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2208                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2209         }
2210
2211         /*
2212          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2213          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2214          * down is begun.
2215          */
2216         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2217
2218         /* 
2219          * Put page on a list so that it is released after
2220          * *ALL* TLB shootdown is done
2221          */
2222         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2223 }
2224
2225 /*
2226  * After removing a page table entry, this routine is used to
2227  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2228  */
2229 static int
2230 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2231     struct spglist *free)
2232 {
2233         vm_page_t mpte;
2234
2235         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2236                 return (0);
2237         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2238         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2239         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2240 }
2241
2242 void
2243 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2244 {
2245
2246         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2247         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2248         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2249         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2250         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2251         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2252         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2253         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2254         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2255         pmap->pm_pcid = pmap_pcid_enabled ? 0 : -1;
2256         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2257 }
2258
2259 /*
2260  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2261  * such as one in a vmspace structure.
2262  */
2263 int
2264 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2265 {
2266         vm_page_t pml4pg;
2267         vm_paddr_t pml4phys;
2268         int i;
2269
2270         /*
2271          * allocate the page directory page
2272          */
2273         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2274             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2275                 VM_WAIT;
2276
2277         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2278         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2279         pmap->pm_pcid = -1;
2280         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2281
2282         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2283                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2284
2285         /*
2286          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2287          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2288          * address space.
2289          */
2290         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2291                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2292
2293                 /* Wire in kernel global address entries. */
2294                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2295                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2296                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2297                 }
2298                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2299                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2300                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2301                 }
2302
2303                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2304                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2305                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2306
2307                 if (pmap_pcid_enabled) {
2308                         pmap->pm_pcid = alloc_unr(&pcid_unr);
2309                         if (pmap->pm_pcid != -1)
2310                                 pmap->pm_cr3 |= pmap->pm_pcid;
2311                 }
2312         }
2313
2314         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2315         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2316         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2317         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2318         pmap->pm_flags = flags;
2319         pmap->pm_eptgen = 0;
2320         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2321
2322         return (1);
2323 }
2324
2325 int
2326 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2327 {
2328
2329         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2330 }
2331
2332 /*
2333  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2334  *
2335  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2336  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2337  *
2338  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2339  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2340  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2341  * race conditions.
2342  */
2343 static vm_page_t
2344 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2345 {
2346         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2347         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2348
2349         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2350
2351         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2352         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2353         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2354         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2355
2356         /*
2357          * Allocate a page table page.
2358          */
2359         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2360             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2361                 if (lockp != NULL) {
2362                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2363                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2364                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2365                         VM_WAIT;
2366                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2367                         PMAP_LOCK(pmap);
2368                 }
2369
2370                 /*
2371                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2372                  * page may have been allocated.
2373                  */
2374                 return (NULL);
2375         }
2376         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2377                 pmap_zero_page(m);
2378
2379         /*
2380          * Map the pagetable page into the process address space, if
2381          * it isn't already there.
2382          */
2383
2384         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2385                 pml4_entry_t *pml4;
2386                 vm_pindex_t pml4index;
2387
2388                 /* Wire up a new PDPE page */
2389                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2390                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2391                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2392
2393         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2394                 vm_pindex_t pml4index;
2395                 vm_pindex_t pdpindex;
2396                 pml4_entry_t *pml4;
2397                 pdp_entry_t *pdp;
2398
2399                 /* Wire up a new PDE page */
2400                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2401                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2402
2403                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2404                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2405                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2406                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2407                             lockp) == NULL) {
2408                                 --m->wire_count;
2409                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2410                                 vm_page_free_zero(m);
2411                                 return (NULL);
2412                         }
2413                 } else {
2414                         /* Add reference to pdp page */
2415                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2416                         pdppg->wire_count++;
2417                 }
2418                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2419
2420                 /* Now find the pdp page */
2421                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2422                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2423
2424         } else {
2425                 vm_pindex_t pml4index;
2426                 vm_pindex_t pdpindex;
2427                 pml4_entry_t *pml4;
2428                 pdp_entry_t *pdp;
2429                 pd_entry_t *pd;
2430
2431                 /* Wire up a new PTE page */
2432                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2433                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2434
2435                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2436                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2437                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2438                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2439                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2440                             lockp) == NULL) {
2441                                 --m->wire_count;
2442                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2443                                 vm_page_free_zero(m);
2444                                 return (NULL);
2445                         }
2446                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2447                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2448                 } else {
2449                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2450                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2451                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2452                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2453                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2454                                     lockp) == NULL) {
2455                                         --m->wire_count;
2456                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
2457                                             1);
2458                                         vm_page_free_zero(m);
2459                                         return (NULL);
2460                                 }
2461                         } else {
2462                                 /* Add reference to the pd page */
2463                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2464                                 pdpg->wire_count++;
2465                         }
2466                 }
2467                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2468
2469                 /* Now we know where the page directory page is */
2470                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2471                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2472         }
2473
2474         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2475
2476         return (m);
2477 }
2478
2479 static vm_page_t
2480 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2481 {
2482         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2483         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2484         vm_page_t pdpg;
2485
2486         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2487
2488 retry:
2489         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2490         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2491                 /* Add a reference to the pd page. */
2492                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2493                 pdpg->wire_count++;
2494         } else {
2495                 /* Allocate a pd page. */
2496                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2497                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2498                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2499                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2500                         goto retry;
2501         }
2502         return (pdpg);
2503 }
2504
2505 static vm_page_t
2506 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2507 {
2508         vm_pindex_t ptepindex;
2509         pd_entry_t *pd, PG_V;
2510         vm_page_t m;
2511
2512         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2513
2514         /*
2515          * Calculate pagetable page index
2516          */
2517         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2518 retry:
2519         /*
2520          * Get the page directory entry
2521          */
2522         pd = pmap_pde(pmap, va);
2523
2524         /*
2525          * This supports switching from a 2MB page to a
2526          * normal 4K page.
2527          */
2528         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2529                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2530                         /*
2531                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2532                          * the deallocation of the underlying PD page.
2533                          */
2534                         pd = NULL;
2535                 }
2536         }
2537
2538         /*
2539          * If the page table page is mapped, we just increment the
2540          * hold count, and activate it.
2541          */
2542         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2543                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2544                 m->wire_count++;
2545         } else {
2546                 /*
2547                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2548                  * deallocated.
2549                  */
2550                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2551                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2552                         goto retry;
2553         }
2554         return (m);
2555 }
2556
2557
2558 /***************************************************
2559  * Pmap allocation/deallocation routines.
2560  ***************************************************/
2561
2562 /*
2563  * Release any resources held by the given physical map.
2564  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2565  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2566  */
2567 void
2568 pmap_release(pmap_t pmap)
2569 {
2570         vm_page_t m;
2571         int i;
2572
2573         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2574             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2575             pmap->pm_stats.resident_count));
2576         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2577             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2578
2579         if (pmap_pcid_enabled) {
2580                 /*
2581                  * Invalidate any left TLB entries, to allow the reuse
2582                  * of the pcid.
2583                  */
2584                 pmap_invalidate_all(pmap);
2585         }
2586
2587         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2588
2589         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2590                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2591         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2592                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2593         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2594
2595         m->wire_count--;
2596         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2597         vm_page_free_zero(m);
2598         if (pmap->pm_pcid != -1)
2599                 free_unr(&pcid_unr, pmap->pm_pcid);
2600 }
2601 \f
2602 static int
2603 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2604 {
2605         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2606
2607         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2608 }
2609 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2610     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2611
2612 static int
2613 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2614 {
2615         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2616
2617         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2618 }
2619 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2620     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2621
2622 /*
2623  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2624  */
2625 void
2626 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2627 {
2628         vm_paddr_t paddr;
2629         vm_page_t nkpg;
2630         pd_entry_t *pde, newpdir;
2631         pdp_entry_t *pdpe;
2632
2633         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2634
2635         /*
2636          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2637          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2638          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2639          *
2640          * The correctness of this action is based on the following
2641          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2642          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2643          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2644          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2645          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2646          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2647          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2648          * "KERNBASE".
2649          */
2650         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2651                 return;
2652
2653         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2654         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2655                 addr = kernel_map->max_offset;
2656         while (kernel_vm_end < addr) {
2657                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2658                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2659                         /* We need a new PDP entry */
2660                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2661                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2662                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2663                         if (nkpg == NULL)
2664                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2665                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2666                                 pmap_zero_page(nkpg);
2667                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2668                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2669                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2670                         continue; /* try again */
2671                 }
2672                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2673                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2674                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2675                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2676                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2677                                 break;                       
2678                         }
2679                         continue;
2680                 }
2681
2682                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2683                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2684                     VM_ALLOC_ZERO);
2685                 if (nkpg == NULL)
2686                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2687                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2688                         pmap_zero_page(nkpg);
2689                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2690                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2691                 pde_store(pde, newpdir);
2692
2693                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2694                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2695                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2696                         break;                       
2697                 }
2698         }
2699 }
2700
2701
2702 /***************************************************
2703  * page management routines.
2704  ***************************************************/
2705
2706 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2707 CTASSERT(_NPCM == 3);
2708 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2709
2710 static __inline struct pv_chunk *
2711 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2712 {
2713
2714         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2715 }
2716
2717 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2718
2719 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2720 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2721 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2722
2723 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2724
2725 #ifdef PV_STATS
2726 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2727
2728 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2729         "Current number of pv entry chunks");
2730 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2731         "Current number of pv entry chunks allocated");
2732 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2733         "Current number of pv entry chunks frees");
2734 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2735         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2736
2737 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2738 static int pv_entry_spare;
2739
2740 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2741         "Current number of pv entry frees");
2742 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2743         "Current number of pv entry allocs");
2744 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2745         "Current number of pv entries");
2746 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2747         "Current number of spare pv entries");
2748 #endif
2749
2750 /*
2751  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2752  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2753  * another pv entry chunk.
2754  *
2755  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2756  *
2757  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2758  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2759  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2760  */
2761 static vm_page_t
2762 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2763 {
2764         struct pch new_tail;
2765         struct pv_chunk *pc;
2766         struct md_page *pvh;
2767         pd_entry_t *pde;
2768         pmap_t pmap;
2769         pt_entry_t *pte, tpte;
2770         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2771         pv_entry_t pv;
2772         vm_offset_t va;
2773         vm_page_t m, m_pc;
2774         struct spglist free;
2775         uint64_t inuse;
2776         int bit, field, freed;
2777
2778         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2779         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2780         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2781         pmap = NULL;
2782         m_pc = NULL;
2783         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2784         SLIST_INIT(&free);
2785         TAILQ_INIT(&new_tail);
2786         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2787         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2788                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2789                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2790                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2791                         if (pmap != NULL) {
2792                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2793                                 if (pmap != locked_pmap)
2794                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2795                         }
2796                         pmap = pc->pc_pmap;
2797                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2798                         if (pmap > locked_pmap) {
2799                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2800                                 PMAP_LOCK(pmap);
2801                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2802                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2803                                 pmap = NULL;
2804                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2805                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2806                                 continue;
2807                         }
2808                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2809                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2810                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2811                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2812                 }
2813
2814                 /*
2815                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2816                  */
2817                 freed = 0;
2818                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2819                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2820                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2821                                 bit = bsfq(inuse);
2822                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2823                                 va = pv->pv_va;
2824                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2825                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2826                                         continue;
2827                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2828                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2829                                         continue;
2830                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2831                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2832                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2833                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2834                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2835                                         vm_page_dirty(m);
2836                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2837                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2838                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2839                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2840                                 m->md.pv_gen++;
2841                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2842                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2843                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2844                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2845                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2846                                                     PGA_WRITEABLE);
2847                                         }
2848                                 }
2849                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2850                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2851                                 freed++;
2852                         }
2853                 }
2854                 if (freed == 0) {
2855                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2856                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2857                         continue;
2858                 }
2859                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2860                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2861                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2862                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2863                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2864                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2865                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2866                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2867                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2868                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2869                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2870                         /* Entire chunk is free; return it. */
2871                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2872                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2873                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2874                         break;
2875                 }
2876                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2877                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2878                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2879                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2880                 if (pmap == locked_pmap)
2881                         break;
2882         }
2883         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2884         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2885         if (pmap != NULL) {
2886                 pmap_invalidate_all(pmap);
2887                 if (pmap != locked_pmap)
2888                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2889         }
2890         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2891                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2892                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2893                 /* Recycle a freed page table page. */
2894                 m_pc->wire_count = 1;
2895                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2896         }
2897         pmap_free_zero_pages(&free);
2898         return (m_pc);
2899 }
2900
2901 /*
2902  * free the pv_entry back to the free list
2903  */
2904 static void
2905 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2906 {
2907         struct pv_chunk *pc;
2908         int idx, field, bit;
2909
2910         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2911         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2912         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2913         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2914         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2915         pc = pv_to_chunk(pv);
2916         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2917         field = idx / 64;
2918         bit = idx % 64;
2919         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2920         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2921             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2922                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2923                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2924                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2925                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2926                 }
2927                 return;
2928         }
2929         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2930         free_pv_chunk(pc);
2931 }
2932
2933 static void
2934 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2935 {
2936         vm_page_t m;
2937
2938         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2939         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2940         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2941         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2942         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2943         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2944         /* entire chunk is free, return it */
2945         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2946         dump_drop_page(m->phys_addr);
2947         vm_page_unwire(m, 0);
2948         vm_page_free(m);
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2953  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2954  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2955  * returned.
2956  *
2957  * The given PV list lock may be released.
2958  */
2959 static pv_entry_t
2960 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2961 {
2962         int bit, field;
2963         pv_entry_t pv;
2964         struct pv_chunk *pc;
2965         vm_page_t m;
2966
2967         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2968         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2969         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2970 retry:
2971         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2972         if (pc != NULL) {
2973                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2974                         if (pc->pc_map[field]) {
2975                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2976                                 break;
2977                         }
2978                 }
2979                 if (field < _NPCM) {
2980                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2981                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2982                         /* If this was the last item, move it to tail */
2983                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2984                             pc->pc_map[2] == 0) {
2985                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2986                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2987                                     pc_list);
2988                         }
2989                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2990                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2991                         return (pv);
2992                 }
2993         }
2994         /* No free items, allocate another chunk */
2995         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2996             VM_ALLOC_WIRED);
2997         if (m == NULL) {
2998                 if (lockp == NULL) {
2999                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3000                         return (NULL);
3001                 }
3002                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3003                 if (m == NULL)
3004                         goto retry;
3005         }
3006         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3007         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3008         dump_add_page(m->phys_addr);
3009         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3010         pc->pc_pmap = pmap;
3011         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3012         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3013         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3014         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3015         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3016         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3017         pv = &pc->pc_pventry[0];
3018         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3019         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3020         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3021         return (pv);
3022 }
3023
3024 /*
3025  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
3026  */
3027 static int
3028 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
3029 {
3030         int count;
3031
3032         /*
3033          * This simple method of counting the one bits performs well because
3034          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
3035          */
3036         count = 0;
3037         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
3038                 count++;
3039         return (count);
3040 }
3041
3042 /*
3043  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3044  * exceeds the given count, "needed".
3045  *
3046  * The given PV list lock may be released.
3047  */
3048 static void
3049 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3050 {
3051         struct pch new_tail;
3052         struct pv_chunk *pc;
3053         int avail, free;
3054         vm_page_t m;
3055
3056         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3057         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3058         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3059
3060         /*
3061          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3062          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3063          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3064          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3065          */
3066         TAILQ_INIT(&new_tail);
3067 retry:
3068         avail = 0;
3069         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3070                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
3071                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
3072                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
3073                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
3074                 } else {
3075                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
3076                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
3077                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
3078                 }
3079                 if (free == 0)
3080                         break;
3081                 avail += free;
3082                 if (avail >= needed)
3083                         break;
3084         }
3085         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3086                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3087                     VM_ALLOC_WIRED);
3088                 if (m == NULL) {
3089                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3090                         if (m == NULL)
3091                                 goto retry;
3092                 }
3093                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3094                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3095                 dump_add_page(m->phys_addr);
3096                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3097                 pc->pc_pmap = pmap;
3098                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3099                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3100                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3101                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3102                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3103                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3104         }
3105         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3106                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3107                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3108                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3109         }
3110 }
3111
3112 /*
3113  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3114  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3115  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3116  * 2MB page mappings.
3117  */
3118 static __inline pv_entry_t
3119 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3120 {
3121         pv_entry_t pv;
3122
3123         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3124         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3125                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3126                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3127                         pvh->pv_gen++;
3128                         break;
3129                 }
3130         }
3131         return (pv);
3132 }
3133
3134 /*
3135  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3136  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3137  * entries for each of the 4KB page mappings.
3138  */
3139 static void
3140 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3141     struct rwlock **lockp)
3142 {
3143         struct md_page *pvh;
3144         struct pv_chunk *pc;
3145         pv_entry_t pv;
3146         vm_offset_t va_last;
3147         vm_page_t m;
3148         int bit, field;
3149
3150         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3151         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3152         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3153             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3154         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3155
3156         /*
3157          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3158          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3159          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3160          */
3161         pvh = pa_to_pvh(pa);
3162         va = trunc_2mpage(va);
3163         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3164         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3165         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3166         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3167         m->md.pv_gen++;
3168         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3169         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3170         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3171         for (;;) {
3172                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3173                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3174                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3175                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3176                         while (pc->pc_map[field]) {
3177                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3178                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3179                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3180                                 va += PAGE_SIZE;
3181                                 pv->pv_va = va;
3182                                 m++;
3183                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3184                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3185                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3186                                 m->md.pv_gen++;
3187                                 if (va == va_last)
3188                                         goto out;
3189                         }
3190                 }
3191                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3192                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3193         }
3194 out:
3195         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3196                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3197                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3198         }
3199         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3200         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3201 }
3202
3203 /*
3204  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3205  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3206  * for the 2MB page mapping.
3207  */
3208 static void
3209 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3210     struct rwlock **lockp)
3211 {
3212         struct md_page *pvh;
3213         pv_entry_t pv;
3214         vm_offset_t va_last;
3215         vm_page_t m;
3216
3217         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3218         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3219             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3220         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3221
3222         /*
3223          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3224          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3225          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3226          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3227          * mappings that is being promoted.
3228          */
3229         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3230         va = trunc_2mpage(va);
3231         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3232         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3233         pvh = pa_to_pvh(pa);
3234         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3235         pvh->pv_gen++;
3236         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3237         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3238         do {
3239                 m++;
3240                 va += PAGE_SIZE;
3241                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3242         } while (va < va_last);
3243 }
3244
3245 /*
3246  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3247  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3248  * page mappings.
3249  */
3250 static void
3251 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3252 {
3253         pv_entry_t pv;
3254
3255         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3256         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3257         free_pv_entry(pmap, pv);
3258 }
3259
3260 /*
3261  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3262  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3263  */
3264 static boolean_t
3265 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3266     struct rwlock **lockp)
3267 {
3268         pv_entry_t pv;
3269
3270         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3271         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3272         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3273         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3274                 pv->pv_va = va;
3275                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3276                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3277                 m->md.pv_gen++;
3278                 return (TRUE);
3279         } else
3280                 return (FALSE);
3281 }
3282
3283 /*
3284  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3285  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3286  */
3287 static boolean_t
3288 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3289     struct rwlock **lockp)
3290 {
3291         struct md_page *pvh;
3292         pv_entry_t pv;
3293
3294         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3295         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3296         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3297         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3298                 pv->pv_va = va;
3299                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3300                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3301                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3302                 pvh->pv_gen++;
3303                 return (TRUE);
3304         } else
3305                 return (FALSE);
3306 }
3307
3308 /*
3309  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3310  */
3311 static void
3312 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3313 {
3314         pt_entry_t *pte;
3315
3316         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3317                 *pte = newpte;
3318                 newpte += PAGE_SIZE;
3319         }
3320 }
3321
3322 /*
3323  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3324  * mapping is invalidated.
3325  */
3326 static boolean_t
3327 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3328 {
3329         struct rwlock *lock;
3330         boolean_t rv;
3331
3332         lock = NULL;
3333         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3334         if (lock != NULL)
3335                 rw_wunlock(lock);
3336         return (rv);
3337 }
3338
3339 static boolean_t
3340 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3341     struct rwlock **lockp)
3342 {
3343         pd_entry_t newpde, oldpde;
3344         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3345         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3346         vm_paddr_t mptepa;
3347         vm_page_t mpte;
3348         struct spglist free;
3349         int PG_PTE_CACHE;
3350
3351         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3352         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3353         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3354         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3355         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3356         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3357
3358         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3359         oldpde = *pde;
3360         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3361             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3362         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3363             NULL)
3364                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3365         else {
3366                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3367                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3368                     " is missing"));
3369
3370                 /*
3371                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3372                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3373                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3374                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3375                  * the page allocation request specifies the highest possible
3376                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3377                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3378                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3379                  * is the only part of the kernel address space that must be
3380                  * handled here.
3381                  */
3382                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3383                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3384                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3385                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3386                         SLIST_INIT(&free);
3387                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3388                             lockp);
3389                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3390                         pmap_free_zero_pages(&free);
3391                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3392                             " in pmap %p", va, pmap);
3393                         return (FALSE);
3394                 }
3395                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3396                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3397         }
3398         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3399         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3400         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3401         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3402             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3403         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3404             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3405         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3406         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3407
3408         /*
3409          * If the page table page is new, initialize it.
3410          */
3411         if (mpte->wire_count == 1) {
3412                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3413                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3414         }
3415         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3416             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3417             " addresses"));
3418
3419         /*
3420          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3421          * entries.
3422          */
3423         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3424                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3425
3426         /*
3427          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3428          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3429          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3430          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3431          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3432          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3433          */
3434         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3435                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3436
3437         /*
3438          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3439          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3440          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3441          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3442          * the read above and the store below. 
3443          */
3444         if (workaround_erratum383)
3445                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3446         else
3447                 pde_store(pde, newpde);
3448
3449         /*
3450          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3451          */
3452         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3453                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3454
3455         /*
3456          * Demote the PV entry.
3457          */
3458         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3459                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3460
3461         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3462         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3463             " in pmap %p", va, pmap);
3464         return (TRUE);
3465 }
3466
3467 /*
3468  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3469  */
3470 static void
3471 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3472 {
3473         pd_entry_t newpde;
3474         vm_paddr_t mptepa;
3475         vm_page_t mpte;
3476
3477         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3478         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3479         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3480         if (mpte == NULL)
3481                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3482
3483         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3484         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3485         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3486
3487         /*
3488          * Initialize the page table page.
3489          */
3490         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3491
3492         /*
3493          * Demote the mapping.
3494          */
3495         if (workaround_erratum383)
3496                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3497         else
3498                 pde_store(pde, newpde);
3499
3500         /*
3501          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3502          */
3503         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3504 }
3505
3506 /*
3507  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3508  */
3509 static int
3510 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3511     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3512 {
3513         struct md_page *pvh;
3514         pd_entry_t oldpde;
3515         vm_offset_t eva, va;
3516         vm_page_t m, mpte;
3517         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3518
3519         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3520         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3521         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3522         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3523
3524         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3525         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3526             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3527         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3528         if (oldpde & PG_W)
3529                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3530
3531         /*
3532          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3533          * PG_G.
3534          */
3535         if (oldpde & PG_G)
3536                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3537         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3538         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3539                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3540                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3541                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3542                 eva = sva + NBPDR;
3543                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3544                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3545                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3546                                 vm_page_dirty(m);
3547                         if (oldpde & PG_A)
3548                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3549                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3550                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3551                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3552                 }
3553         }
3554         if (pmap == kernel_pmap) {
3555                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3556         } else {
3557                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3558                 if (mpte != NULL) {
3559                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3560                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3561                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3562                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3563                         mpte->wire_count = 0;
3564                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3565                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
3566                 }
3567         }
3568         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3569 }
3570
3571 /*
3572  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3573  */
3574 static int
3575 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3576     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3577 {
3578         struct md_page *pvh;
3579         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3580         vm_page_t m;
3581
3582         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3583         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3584         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3585
3586         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3587         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3588         if (oldpte & PG_W)
3589                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3590         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3591         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3592                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3593                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3594                         vm_page_dirty(m);
3595                 if (oldpte & PG_A)
3596                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3597                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3598                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3599                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3600                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3601                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3602                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3603                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3604                 }
3605         }
3606         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3607 }
3608
3609 /*
3610  * Remove a single page from a process address space
3611  */
3612 static void
3613 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3614     struct spglist *free)
3615 {
3616         struct rwlock *lock;
3617         pt_entry_t *pte, PG_V;
3618
3619         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3620         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3621         if ((*pde & PG_V) == 0)
3622                 return;
3623         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3624         if ((*pte & PG_V) == 0)
3625                 return;
3626         lock = NULL;
3627         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3628         if (lock != NULL)
3629                 rw_wunlock(lock);
3630         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3631 }
3632
3633 /*
3634  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3635  *
3636  *      It is assumed that the start and end are properly
3637  *      rounded to the page size.
3638  */
3639 void
3640 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3641 {
3642         struct rwlock *lock;
3643         vm_offset_t va, va_next;
3644         pml4_entry_t *pml4e;
3645         pdp_entry_t *pdpe;
3646         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3647         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3648         struct spglist free;
3649         int anyvalid;
3650
3651         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3652         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3653
3654         /*
3655          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3656          */
3657         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3658                 return;
3659
3660         anyvalid = 0;
3661         SLIST_INIT(&free);
3662
3663         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3664         PMAP_LOCK(pmap);
3665
3666         /*
3667          * special handling of removing one page.  a very
3668          * common operation and easy to short circuit some
3669          * code.
3670          */
3671         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3672                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3673                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3674                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3675                         goto out;
3676                 }
3677         }
3678
3679         lock = NULL;
3680         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3681
3682                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3683                         break;
3684
3685                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3686                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3687                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3688                         if (va_next < sva)
3689                                 va_next = eva;
3690                         continue;
3691                 }
3692
3693                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3694                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3695                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3696                         if (va_next < sva)
3697                                 va_next = eva;
3698                         continue;
3699                 }
3700
3701                 /*
3702                  * Calculate index for next page table.
3703                  */
3704                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3705                 if (va_next < sva)
3706                         va_next = eva;
3707
3708                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3709                 ptpaddr = *pde;
3710
3711                 /*
3712                  * Weed out invalid mappings.
3713                  */
3714                 if (ptpaddr == 0)
3715                         continue;
3716
3717                 /*
3718                  * Check for large page.
3719                  */
3720                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3721                         /*
3722                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3723                          * demote the mapping and fall through.
3724                          */
3725                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3726                                 /*
3727                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3728                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3729                                  */
3730                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3731                                         anyvalid = 1;
3732                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3733                                 continue;
3734                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3735                             &lock)) {
3736                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3737                                 continue;
3738                         } else
3739                                 ptpaddr = *pde;
3740                 }
3741
3742                 /*
3743                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3744                  * by the current page table page, or to the end of the
3745                  * range being removed.
3746                  */
3747                 if (va_next > eva)
3748                         va_next = eva;
3749
3750                 va = va_next;
3751                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3752                     sva += PAGE_SIZE) {
3753                         if (*pte == 0) {
3754                                 if (va != va_next) {
3755                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3756                                         va = va_next;
3757                                 }
3758                                 continue;
3759                         }
3760                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3761                                 anyvalid = 1;
3762                         else if (va == va_next)
3763                                 va = sva;
3764                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3765                             &lock)) {
3766                                 sva += PAGE_SIZE;
3767                                 break;
3768                         }
3769                 }
3770                 if (va != va_next)
3771                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3772         }
3773         if (lock != NULL)
3774                 rw_wunlock(lock);
3775 out:
3776         if (anyvalid)
3777                 pmap_invalidate_all(pmap);
3778         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3779         PMAP_UNLOCK(pmap);
3780         pmap_free_zero_pages(&free);
3781 }
3782
3783 /*
3784  *      Routine:        pmap_remove_all
3785  *      Function:
3786  *              Removes this physical page from
3787  *              all physical maps in which it resides.
3788  *              Reflects back modify bits to the pager.
3789  *
3790  *      Notes:
3791  *              Original versions of this routine were very
3792  *              inefficient because they iteratively called
3793  *              pmap_remove (slow...)
3794  */
3795
3796 void
3797 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3798 {
3799         struct md_page *pvh;
3800         pv_entry_t pv;
3801         pmap_t pmap;
3802         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3803         pd_entry_t *pde;
3804         vm_offset_t va;
3805         struct spglist free;
3806
3807         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3808             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3809         SLIST_INIT(&free);
3810         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3811         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3812                 goto small_mappings;
3813         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3814         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3815                 pmap = PV_PMAP(pv);
3816                 PMAP_LOCK(pmap);
3817                 va = pv->pv_va;
3818                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3819                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3820                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3821         }
3822 small_mappings:
3823         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3824                 pmap = PV_PMAP(pv);
3825                 PMAP_LOCK(pmap);
3826                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3827                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3828                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3829                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3830                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3831                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3832                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3833                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3834                 tpte = pte_load_clear(pte);
3835                 if (tpte & PG_W)
3836                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3837                 if (tpte & PG_A)
3838                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3839
3840                 /*
3841                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3842                  */
3843                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3844                         vm_page_dirty(m);
3845                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3846                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3847                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3848                 m->md.pv_gen++;
3849                 free_pv_entry(pmap, pv);
3850                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3851         }
3852         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3853         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3854         pmap_free_zero_pages(&free);
3855 }
3856
3857 /*
3858  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3859  */
3860 static boolean_t
3861 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3862 {
3863         pd_entry_t newpde, oldpde;
3864         vm_offset_t eva, va;
3865         vm_page_t m;
3866         boolean_t anychanged;
3867         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3868
3869         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3870         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3871         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3872
3873         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3874         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3875             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3876         anychanged = FALSE;
3877 retry:
3878         oldpde = newpde = *pde;
3879         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3880                 eva = sva + NBPDR;
3881                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3882                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3883                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3884                                 vm_page_dirty(m);
3885         }
3886         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3887                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3888         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3889                 newpde |= pg_nx;
3890         if (newpde != oldpde) {
3891                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3892                         goto retry;
3893                 if (oldpde & PG_G)
3894                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3895                 else
3896                         anychanged = TRUE;
3897         }
3898         return (anychanged);
3899 }
3900
3901 /*
3902  *      Set the physical protection on the
3903  *      specified range of this map as requested.
3904  */
3905 void
3906 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3907 {
3908         vm_offset_t va_next;
3909         pml4_entry_t *pml4e;
3910         pdp_entry_t *pdpe;
3911         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3912         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3913         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3914
3915         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3916         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3917                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3918                 return;
3919         }
3920
3921         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3922             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3923                 return;
3924
3925         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3926         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3927         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3928         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3929         pv_lists_locked = FALSE;
3930 resume:
3931         anychanged = FALSE;
3932
3933         PMAP_LOCK(pmap);
3934         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3935
3936                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3937                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3938                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3939                         if (va_next < sva)
3940                                 va_next = eva;
3941                         continue;
3942                 }
3943
3944                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3945                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3946                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3947                         if (va_next < sva)
3948                                 va_next = eva;
3949                         continue;
3950                 }
3951
3952                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3953                 if (va_next < sva)
3954                         va_next = eva;
3955
3956                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3957                 ptpaddr = *pde;
3958
3959                 /*
3960                  * Weed out invalid mappings.
3961                  */
3962                 if (ptpaddr == 0)
3963                         continue;
3964
3965                 /*
3966                  * Check for large page.
3967                  */
3968                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3969                         /*
3970                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3971                          * demote the mapping and fall through.
3972                          */
3973                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3974                                 /*
3975                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3976                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3977                                  */
3978                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3979                                         anychanged = TRUE;
3980                                 continue;
3981                         } else {
3982                                 if (!pv_lists_locked) {
3983                                         pv_lists_locked = TRUE;
3984                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3985                                                 if (anychanged)
3986                                                         pmap_invalidate_all(
3987                                                             pmap);
3988                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3989                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3990                                                 goto resume;
3991                                         }
3992                                 }
3993                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3994                                         /*
3995                                          * The large page mapping was
3996                                          * destroyed.
3997                                          */
3998                                         continue;
3999                                 }
4000                         }
4001                 }
4002
4003                 if (va_next > eva)
4004                         va_next = eva;
4005
4006                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4007                     sva += PAGE_SIZE) {
4008                         pt_entry_t obits, pbits;
4009                         vm_page_t m;
4010
4011 retry:
4012                         obits = pbits = *pte;
4013                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4014                                 continue;
4015
4016                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4017                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4018                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4019                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4020                                         vm_page_dirty(m);
4021                                 }
4022                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4023                         }
4024                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4025                                 pbits |= pg_nx;
4026
4027                         if (pbits != obits) {
4028                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4029                                         goto retry;
4030                                 if (obits & PG_G)
4031                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4032                                 else
4033                                         anychanged = TRUE;
4034                         }
4035                 }
4036         }
4037         if (anychanged)
4038                 pmap_invalidate_all(pmap);
4039         if (pv_lists_locked)
4040                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4041         PMAP_UNLOCK(pmap);
4042 }
4043
4044 /*
4045  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4046  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4047  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4048  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4049  * identical characteristics. 
4050  */
4051 static void
4052 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4053     struct rwlock **lockp)
4054 {
4055         pd_entry_t newpde;
4056         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4057         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4058         vm_page_t mpte;
4059         int PG_PTE_CACHE;
4060
4061         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4062         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4063         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4064         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4065         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4066         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4067
4068         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4069
4070         /*
4071          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4072          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4073          * within a 2MB page. 
4074          */
4075         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4076 setpde:
4077         newpde = *firstpte;
4078         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4079                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4080                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4081                     " in pmap %p", va, pmap);
4082                 return;
4083         }
4084         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4085                 /*
4086                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4087                  * a TLB invalidation.
4088                  */
4089                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4090                         goto setpde;
4091                 newpde &= ~PG_RW;
4092         }
4093
4094         /*
4095          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4096          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4097          * characteristics to the first PTE.
4098          */
4099         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4100         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4101 setpte:
4102                 oldpte = *pte;
4103                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4104                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4105                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4106                             " in pmap %p", va, pmap);
4107                         return;
4108                 }
4109                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4110                         /*
4111                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4112                          * without a TLB invalidation.
4113                          */
4114                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4115                                 goto setpte;
4116                         oldpte &= ~PG_RW;
4117                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4118                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4119                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4120                 }
4121                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4122                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4123                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4124                             " in pmap %p", va, pmap);
4125                         return;
4126                 }
4127                 pa -= PAGE_SIZE;
4128         }
4129
4130         /*
4131          * Save the page table page in its current state until the PDE
4132          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4133          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4134          */
4135         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4136         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4137             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4138             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4139         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4140             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4141         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4142                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4143                 CTR2(KTR_PMAP,
4144                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4145                     pmap);
4146                 return;
4147         }
4148
4149         /*
4150          * Promote the pv entries.
4151          */
4152         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4153                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4154
4155         /*
4156          * Propagate the PAT index to its proper position.
4157          */
4158         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4159
4160         /*
4161          * Map the superpage.
4162          */
4163         if (workaround_erratum383)
4164                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4165         else
4166                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4167
4168         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4169         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4170             " in pmap %p", va, pmap);
4171 }
4172
4173 /*
4174  *      Insert the given physical page (p) at
4175  *      the specified virtual address (v) in the
4176  *      target physical map with the protection requested.
4177  *
4178  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4179  *      that the related pte can not be reclaimed.
4180  *
4181  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4182  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4183  *      insert this page into the given map NOW.
4184  */
4185 int
4186 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4187     u_int flags, int8_t psind __unused)
4188 {
4189         struct rwlock *lock;
4190         pd_entry_t *pde;
4191         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4192         pt_entry_t newpte, origpte;
4193         pv_entry_t pv;
4194         vm_paddr_t opa, pa;
4195         vm_page_t mpte, om;
4196         boolean_t nosleep;
4197
4198         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4199         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4200         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4201         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4202         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4203
4204         va = trunc_page(va);
4205         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4206         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4207             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4208             va));
4209         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4210             va >= kmi.clean_eva,
4211             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4212         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4213                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4214         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4215         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4216         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4217                 newpte |= PG_M;
4218         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4219                 newpte |= PG_RW;
4220         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4221             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4222         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4223                 newpte |= pg_nx;
4224         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4225                 newpte |= PG_W;
4226         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4227                 newpte |= PG_U;
4228         if (pmap == kernel_pmap)
4229                 newpte |= PG_G;
4230         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4231
4232         /*
4233          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4234          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4235          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4236          */
4237         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4238                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4239                         newpte |= PG_M;
4240         }
4241
4242         mpte = NULL;
4243
4244         lock = NULL;
4245         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4246         PMAP_LOCK(pmap);
4247
4248         /*
4249          * In the case that a page table page is not
4250          * resident, we are creating it here.
4251          */
4252 retry:
4253         pde = pmap_pde(pmap, va);
4254         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4255             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4256                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4257                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4258                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4259                         mpte->wire_count++;
4260                 }
4261         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4262                 /*
4263                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4264                  * deallocated.
4265                  */
4266                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4267                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4268                     nosleep ? NULL : &lock);
4269                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4270                         if (lock != NULL)
4271                                 rw_wunlock(lock);
4272                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4273                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4274                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4275                 }
4276                 goto retry;
4277         } else
4278                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4279
4280         origpte = *pte;
4281
4282         /*
4283          * Is the specified virtual address already mapped?
4284          */
4285         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4286                 /*
4287                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4288                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4289                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4290                  * the PT page will be also.
4291                  */
4292                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4293                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4294                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4295                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4296
4297                 /*
4298                  * Remove the extra PT page reference.
4299                  */
4300                 if (mpte != NULL) {
4301                         mpte->wire_count--;
4302                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4303                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4304                              " va: 0x%lx", va));
4305                 }
4306
4307                 /*
4308                  * Has the physical page changed?
4309                  */
4310                 opa = origpte & PG_FRAME;
4311                 if (opa == pa) {
4312                         /*
4313                          * No, might be a protection or wiring change.
4314                          */
4315                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4316                                 newpte |= PG_MANAGED;
4317                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4318                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4319                         }
4320                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4321                                 goto unchanged;
4322                         goto validate;
4323                 }
4324         } else {
4325                 /*
4326                  * Increment the counters.
4327                  */
4328                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4329                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4330                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4331         }
4332
4333         /*
4334          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4335          */
4336         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4337                 newpte |= PG_MANAGED;
4338                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4339                 pv->pv_va = va;
4340                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4341                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4342                 m->md.pv_gen++;
4343                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4344                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4345         }
4346
4347         /*
4348          * Update the PTE.
4349          */
4350         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4351 validate:
4352                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4353                 opa = origpte & PG_FRAME;
4354                 if (opa != pa) {
4355                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4356                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4357                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4358                                     PG_RW))
4359                                         vm_page_dirty(om);
4360                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4361                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4362                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4363                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4364                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4365                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4366                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4367                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4368                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4369                         }
4370                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4371                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4372                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4373                                 vm_page_dirty(m);
4374
4375                         /*
4376                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4377                          * invalidation may nonetheless be required because
4378                          * the PTE no longer has PG_M set.
4379                          */
4380                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4381                         /*
4382                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4383                          */
4384                         goto unchanged;
4385                 }
4386                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4387                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4388         } else
4389                 pte_store(pte, newpte);
4390
4391 unchanged:
4392
4393         /*
4394          * If both the page table page and the reservation are fully
4395          * populated, then attempt promotion.
4396          */
4397         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4398             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4399             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4400             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4401                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4402
4403         if (lock != NULL)
4404                 rw_wunlock(lock);
4405         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4406         PMAP_UNLOCK(pmap);
4407         return (KERN_SUCCESS);
4408 }
4409
4410 /*
4411  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4412  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4413  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4414  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4415  */
4416 static boolean_t
4417 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4418     struct rwlock **lockp)
4419 {
4420         pd_entry_t *pde, newpde;
4421         pt_entry_t PG_V;
4422         vm_page_t mpde;
4423         struct spglist free;
4424
4425         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4426         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4427         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4428
4429         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4430                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4431                     " in pmap %p", va, pmap);
4432                 return (FALSE);
4433         }
4434         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4435         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4436         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4437                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4438                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4439                 mpde->wire_count--;
4440                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4441                     " in pmap %p", va, pmap);
4442                 return (FALSE);
4443         }
4444         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4445             PG_PS | PG_V;
4446         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4447                 newpde |= PG_MANAGED;
4448
4449                 /*
4450                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4451                  */
4452                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4453                     lockp)) {
4454                         SLIST_INIT(&free);
4455                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4456                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4457                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4458                         }
4459                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4460                             " in pmap %p", va, pmap);
4461                         return (FALSE);
4462                 }
4463         }
4464         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4465                 newpde |= pg_nx;
4466         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4467                 newpde |= PG_U;
4468
4469         /*
4470          * Increment counters.
4471          */
4472         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4473
4474         /*
4475          * Map the superpage.
4476          */
4477         pde_store(pde, newpde);
4478
4479         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4480         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4481             " in pmap %p", va, pmap);
4482         return (TRUE);
4483 }
4484
4485 /*
4486  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4487  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4488  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4489  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4490  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4491  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4492  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4493  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4494  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4495  * corresponding offset from m_start are mapped.
4496  */
4497 void
4498 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4499     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4500 {
4501         struct rwlock *lock;
4502         vm_offset_t va;
4503         vm_page_t m, mpte;
4504         vm_pindex_t diff, psize;
4505
4506         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4507
4508         psize = atop(end - start);
4509         mpte = NULL;
4510         m = m_start;
4511         lock = NULL;
4512         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4513         PMAP_LOCK(pmap);
4514         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4515                 va = start + ptoa(diff);
4516                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4517                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4518                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4519                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4520                 else
4521                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4522                             mpte, &lock);
4523                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4524         }
4525         if (lock != NULL)
4526                 rw_wunlock(lock);
4527         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4528         PMAP_UNLOCK(pmap);
4529 }
4530
4531 /*
4532  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4533  * 1. Current pmap & pmap exists.
4534  * 2. Not wired.
4535  * 3. Read access.
4536  * 4. No page table pages.
4537  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4538  */
4539
4540 void
4541 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4542 {
4543         struct rwlock *lock;
4544
4545         lock = NULL;
4546         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4547         PMAP_LOCK(pmap);
4548         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4549         if (lock != NULL)
4550                 rw_wunlock(lock);
4551         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4552         PMAP_UNLOCK(pmap);
4553 }
4554
4555 static vm_page_t
4556 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4557     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4558 {
4559         struct spglist free;
4560         pt_entry_t *pte, PG_V;
4561         vm_paddr_t pa;
4562
4563         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4564             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4565             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4566         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4567         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4568         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4569
4570         /*
4571          * In the case that a page table page is not
4572          * resident, we are creating it here.
4573          */
4574         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4575                 vm_pindex_t ptepindex;
4576                 pd_entry_t *ptepa;
4577
4578                 /*
4579                  * Calculate pagetable page index
4580                  */
4581                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4582                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4583                         mpte->wire_count++;
4584                 } else {
4585                         /*
4586                          * Get the page directory entry
4587                          */
4588                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4589
4590                         /*
4591                          * If the page table page is mapped, we just increment
4592                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4593                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4594                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4595                          */
4596                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4597                                 if (*ptepa & PG_PS)
4598                                         return (NULL);
4599                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4600                                 mpte->wire_count++;
4601                         } else {
4602                                 /*
4603                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4604                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4605                                  */
4606                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4607                                 if (mpte == NULL)
4608                                         return (mpte);
4609                         }
4610                 }
4611                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4612                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4613         } else {
4614                 mpte = NULL;
4615                 pte = vtopte(va);
4616         }
4617         if (*pte) {
4618                 if (mpte != NULL) {
4619                         mpte->wire_count--;
4620                         mpte = NULL;
4621                 }
4622                 return (mpte);
4623         }
4624
4625         /*
4626          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4627          */
4628         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4629             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4630                 if (mpte != NULL) {
4631                         SLIST_INIT(&free);
4632                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4633                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4634                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4635                         }
4636                         mpte = NULL;
4637                 }
4638                 return (mpte);
4639         }
4640
4641         /*
4642          * Increment counters
4643          */
4644         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4645
4646         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4647         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4648                 pa |= pg_nx;
4649
4650         /*
4651          * Now validate mapping with RO protection
4652          */
4653         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4654                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4655         else
4656                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4657         return (mpte);
4658 }
4659
4660 /*
4661  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4662  * to be used for panic dumps.
4663  */
4664 void *
4665 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4666 {
4667         vm_offset_t va;
4668
4669         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4670         pmap_kenter(va, pa);
4671         invlpg(va);
4672         return ((void *)crashdumpmap);
4673 }
4674
4675 /*
4676  * This code maps large physical mmap regions into the
4677  * processor address space.  Note that some shortcuts
4678  * are taken, but the code works.
4679  */
4680 void
4681 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4682     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4683 {
4684         pd_entry_t *pde;
4685         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4686         vm_paddr_t pa, ptepa;
4687         vm_page_t p, pdpg;
4688         int pat_mode;
4689
4690         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4691         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4692         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4693         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4694
4695         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4696         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4697             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4698         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4699                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4700                         return;
4701                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4702                         return;
4703                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4704                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4705                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4706                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4707
4708                 /*
4709                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4710                  * aligned to a 2MB page boundary.
4711                  */
4712                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4713                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4714                         return;
4715
4716                 /*
4717                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4718                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4719                  * memory attributes.
4720                  */
4721                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4722                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4723                     pa += PAGE_SIZE) {
4724                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4725                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4726                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4727                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4728                                 return;
4729                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4730                 }
4731
4732                 /*
4733                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4734                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4735                  * will not affect the termination of this loop.
4736                  */ 
4737                 PMAP_LOCK(pmap);
4738                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4739                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4740                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4741                         if (pdpg == NULL) {
4742                                 /*
4743                                  * The creation of mappings below is only an
4744                                  * optimization.  If a page directory page
4745                                  * cannot be allocated without blocking,
4746                                  * continue on to the next mapping rather than
4747                                  * blocking.
4748                                  */
4749                                 addr += NBPDR;
4750                                 continue;
4751                         }
4752                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4753                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4754                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4755                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4756                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4757                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4758                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4759                         } else {
4760                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4761                                 pdpg->wire_count--;
4762                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4763                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4764                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4765                         }
4766                         addr += NBPDR;
4767                 }
4768                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4769         }
4770 }
4771
4772 /*
4773  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4774  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4775  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4776  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4777  *
4778  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4779  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4780  */
4781 void
4782 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4783 {
4784         vm_offset_t va_next;
4785         pml4_entry_t *pml4e;
4786         pdp_entry_t *pdpe;
4787         pd_entry_t *pde;
4788         pt_entry_t *pte, PG_V;
4789         boolean_t pv_lists_locked;
4790
4791         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4792         pv_lists_locked = FALSE;
4793 resume:
4794         PMAP_LOCK(pmap);
4795         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4796                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4797                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4798                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4799                         if (va_next < sva)
4800                                 va_next = eva;
4801                         continue;
4802                 }
4803                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4804                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4805                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4806                         if (va_next < sva)
4807                                 va_next = eva;
4808                         continue;
4809                 }
4810                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4811                 if (va_next < sva)
4812                         va_next = eva;
4813                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4814                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4815                         continue;
4816                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4817                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4818                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4819                                     (uintmax_t)*pde);
4820
4821                         /*
4822                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4823                          * demote the mapping and fall through.
4824                          */
4825                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4826                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
4827                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4828                                     PAGE_SIZE;
4829                                 continue;
4830                         } else {
4831                                 if (!pv_lists_locked) {
4832                                         pv_lists_locked = TRUE;
4833                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4834                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4835                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
4836                                                 /* Repeat sva. */
4837                                                 goto resume;
4838                                         }
4839                                 }
4840                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4841                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4842                         }
4843                 }
4844                 if (va_next > eva)
4845                         va_next = eva;
4846                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4847                     sva += PAGE_SIZE) {
4848                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4849                                 continue;
4850                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4851                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4852                                     (uintmax_t)*pte);
4853
4854                         /*
4855                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4856                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4857                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4858                          */
4859                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
4860                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4861                 }
4862         }
4863         if (pv_lists_locked)
4864                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4865         PMAP_UNLOCK(pmap);
4866 }
4867
4868 /*
4869  *      Copy the range specified by src_addr/len
4870  *      from the source map to the range dst_addr/len
4871  *      in the destination map.
4872  *
4873  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4874  */
4875
4876 void
4877 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4878     vm_offset_t src_addr)
4879 {
4880         struct rwlock *lock;
4881         struct spglist free;
4882         vm_offset_t addr;
4883         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4884         vm_offset_t va_next;
4885         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4886
4887         if (dst_addr != src_addr)
4888                 return;
4889
4890         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4891                 return;
4892
4893         /*
4894          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4895          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4896          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4897          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4898          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4899          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4900          */
4901         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4902                 return;
4903
4904         lock = NULL;
4905         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4906         if (dst_pmap < src_pmap) {
4907                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4908                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4909         } else {
4910                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4911                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4912         }
4913
4914         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4915         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4916         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4917
4918         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4919                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4920                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4921                 pml4_entry_t *pml4e;
4922                 pdp_entry_t *pdpe;
4923                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4924
4925                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4926                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4927
4928                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4929                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4930                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4931                         if (va_next < addr)
4932                                 va_next = end_addr;
4933                         continue;
4934                 }
4935
4936                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4937                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4938                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4939                         if (va_next < addr)
4940                                 va_next = end_addr;
4941                         continue;
4942                 }
4943
4944                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4945                 if (va_next < addr)
4946                         va_next = end_addr;
4947
4948                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4949                 srcptepaddr = *pde;
4950                 if (srcptepaddr == 0)
4951                         continue;
4952                         
4953                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4954                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4955                                 continue;
4956                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4957                         if (dstmpde == NULL)
4958                                 break;
4959                         pde = (pd_entry_t *)
4960                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4961                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4962                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4963                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4964                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4965                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4966                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4967                         } else
4968                                 dstmpde->wire_count--;
4969                         continue;
4970                 }
4971
4972                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4973                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4974                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4975                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4976
4977                 if (va_next > end_addr)
4978                         va_next = end_addr;
4979
4980                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4981                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4982                 dstmpte = NULL;
4983                 while (addr < va_next) {
4984                         pt_entry_t ptetemp;
4985                         ptetemp = *src_pte;
4986                         /*
4987                          * we only virtual copy managed pages
4988                          */
4989                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4990                                 if (dstmpte != NULL &&
4991                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4992                                         dstmpte->wire_count++;
4993                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4994                                     addr, NULL)) == NULL)
4995                                         goto out;
4996                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4997                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4998                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4999                                 if (*dst_pte == 0 &&
5000                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5001                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5002                                     &lock)) {
5003                                         /*
5004                                          * Clear the wired, modified, and
5005                                          * accessed (referenced) bits
5006                                          * during the copy.
5007                                          */
5008                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5009                                             PG_A);
5010                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5011                                 } else {
5012                                         SLIST_INIT(&free);
5013                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5014                                             dstmpte, &free)) {
5015                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5016                                                     addr);
5017                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5018                                         }
5019                                         goto out;
5020                                 }
5021                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5022                                         break;
5023                         }
5024                         addr += PAGE_SIZE;
5025                         src_pte++;
5026                 }
5027         }
5028 out:
5029         if (lock != NULL)
5030                 rw_wunlock(lock);
5031         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5032         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5033         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5034 }
5035
5036 /*
5037  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5038  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5039  */
5040 void
5041 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5042 {
5043         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5044
5045         pagezero((void *)va);
5046 }
5047
5048 /*
5049  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5050  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5051  *
5052  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5053  */
5054 void
5055 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5056 {
5057         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5058
5059         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5060                 pagezero((void *)va);
5061         else
5062                 bzero((char *)va + off, size);
5063 }
5064
5065 /*
5066  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5067  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5068  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5069  *      outside of Giant.
5070  */
5071 void
5072 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5073 {
5074         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5075
5076         pagezero((void *)va);
5077 }
5078
5079 /*
5080  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5081  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5082  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5083  *      time.
5084  */
5085 void
5086 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5087 {
5088         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5089         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5090
5091         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5092 }
5093
5094 int unmapped_buf_allowed = 1;
5095
5096 void
5097 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5098     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5099 {
5100         void *a_cp, *b_cp;
5101         vm_page_t m_a, m_b;
5102         vm_paddr_t p_a, p_b;
5103         pt_entry_t *pte;
5104         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5105         int cnt;
5106         boolean_t pinned;
5107
5108         /*
5109          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
5110          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
5111          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
5112          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
5113          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
5114          * after modifying the PTE bits is crucial.
5115          */
5116         pinned = FALSE;
5117         while (xfersize > 0) {
5118                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5119                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5120                 p_a = m_a->phys_addr;
5121                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5122                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5123                 p_b = m_b->phys_addr;
5124                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5125                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5126                 if (__predict_false(p_a < DMAP_MIN_ADDRESS ||
5127                     p_a > DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit)) {
5128                         mtx_lock(&cpage_lock);
5129                         sched_pin();
5130                         pinned = TRUE;
5131                         pte = vtopte(cpage_a);
5132                         *pte = p_a | X86_PG_A | X86_PG_V |
5133                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m_a->md.pat_mode, 0);
5134                         invlpg(cpage_a);
5135                         a_cp = (char *)cpage_a + a_pg_offset;
5136                 } else {
5137                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5138                 }
5139                 if (__predict_false(p_b < DMAP_MIN_ADDRESS ||
5140                     p_b > DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit)) {
5141                         if (!pinned) {
5142                                 mtx_lock(&cpage_lock);
5143                                 sched_pin();
5144                                 pinned = TRUE;
5145                         }
5146                         pte = vtopte(cpage_b);
5147                         *pte = p_b | X86_PG_A | X86_PG_M | X86_PG_RW |
5148                             X86_PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
5149                             m_b->md.pat_mode, 0);
5150                         invlpg(cpage_b);
5151                         b_cp = (char *)cpage_b + b_pg_offset;
5152                 } else {
5153                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5154                 }
5155                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5156                 if (__predict_false(pinned)) {
5157                         sched_unpin();
5158                         mtx_unlock(&cpage_lock);
5159                         pinned = FALSE;
5160                 }
5161                 a_offset += cnt;
5162                 b_offset += cnt;
5163                 xfersize -= cnt;
5164         }
5165 }
5166
5167 /*
5168  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5169  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5170  * be changed upwards or downwards in the future; it
5171  * is only necessary that true be returned for a small
5172  * subset of pmaps for proper page aging.
5173  */
5174 boolean_t
5175 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5176 {
5177         struct md_page *pvh;
5178         struct rwlock *lock;
5179         pv_entry_t pv;
5180         int loops = 0;
5181         boolean_t rv;
5182
5183         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5184             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5185         rv = FALSE;
5186         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5187         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5188         rw_rlock(lock);
5189         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5190                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5191                         rv = TRUE;
5192                         break;
5193                 }
5194                 loops++;
5195                 if (loops >= 16)
5196                         break;
5197         }
5198         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5199                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5200                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5201                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5202                                 rv = TRUE;
5203                                 break;
5204                         }
5205                         loops++;
5206                         if (loops >= 16)
5207                                 break;
5208                 }
5209         }
5210         rw_runlock(lock);
5211         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5212         return (rv);
5213 }
5214
5215 /*
5216  *      pmap_page_wired_mappings:
5217  *
5218  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5219  *      that are wired.
5220  */
5221 int
5222 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5223 {
5224         struct rwlock *lock;
5225         struct md_page *pvh;
5226         pmap_t pmap;
5227         pt_entry_t *pte;
5228         pv_entry_t pv;
5229         int count, md_gen, pvh_gen;
5230
5231         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5232                 return (0);
5233         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5234         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5235         rw_rlock(lock);
5236 restart:
5237         count = 0;
5238         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5239                 pmap = PV_PMAP(pv);
5240                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5241                         md_gen = m->md.pv_gen;
5242                         rw_runlock(lock);
5243                         PMAP_LOCK(pmap);
5244                         rw_rlock(lock);
5245                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5246                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5247                                 goto restart;
5248                         }
5249                 }
5250                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5251                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5252                         count++;
5253                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5254         }
5255         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5256                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5257                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5258                         pmap = PV_PMAP(pv);
5259                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5260                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5261                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5262                                 rw_runlock(lock);
5263                                 PMAP_LOCK(pmap);
5264                                 rw_rlock(lock);
5265                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5266                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5267                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5268                                         goto restart;
5269                                 }
5270                         }
5271                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5272                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5273                                 count++;
5274                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5275                 }
5276         }
5277         rw_runlock(lock);
5278         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5279         return (count);
5280 }
5281
5282 /*
5283  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5284  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5285  */
5286 boolean_t
5287 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5288 {
5289         struct rwlock *lock;
5290         boolean_t rv;
5291
5292         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5293                 return (FALSE);
5294         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5295         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5296         rw_rlock(lock);
5297         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5298             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5299             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5300         rw_runlock(lock);
5301         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5302         return (rv);
5303 }
5304
5305 /*
5306  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5307  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5308  * caller.
5309  *                                                                                
5310  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5311  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5312  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5313  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5314  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5315  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5316  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5317  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5318  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5319  * this function starts.
5320  */
5321 void
5322 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5323 {
5324         pd_entry_t ptepde;
5325         pt_entry_t *pte, tpte;
5326         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5327         struct spglist free;
5328         vm_page_t m, mpte, mt;
5329         pv_entry_t pv;
5330         struct md_page *pvh;
5331         struct pv_chunk *pc, *npc;
5332         struct rwlock *lock;
5333         int64_t bit;
5334         uint64_t inuse, bitmask;
5335         int allfree, field, freed, idx;
5336         boolean_t superpage;
5337         vm_paddr_t pa;
5338
5339         /*
5340          * Assert that the given pmap is only active on the current
5341          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5342          * activating the pmap while this function is executing.
5343          */
5344         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5345 #ifdef INVARIANTS
5346         {
5347                 cpuset_t other_cpus;
5348
5349                 other_cpus = all_cpus;
5350                 critical_enter();
5351                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5352                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5353                 critical_exit();
5354                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5355         }
5356 #endif
5357
5358         lock = NULL;
5359         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5360         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5361         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5362
5363         SLIST_INIT(&free);
5364         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5365         PMAP_LOCK(pmap);
5366         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5367                 allfree = 1;
5368                 freed = 0;
5369                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5370                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5371                         while (inuse != 0) {
5372                                 bit = bsfq(inuse);
5373                                 bitmask = 1UL << bit;
5374                                 idx = field * 64 + bit;
5375                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5376                                 inuse &= ~bitmask;
5377
5378                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5379                                 ptepde = *pte;
5380                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5381                                 tpte = *pte;
5382                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5383                                         superpage = FALSE;
5384                                         ptepde = tpte;
5385                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5386                                             PG_FRAME);
5387                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5388                                         tpte = *pte;
5389                                 } else {
5390                                         /*
5391                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5392                                          * superpage explicitly instead of
5393                                          * relying on PG_PS being set.
5394                                          *
5395                                          * This is because PG_PS is numerically
5396                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5397                                          * regular page could be mistaken for
5398                                          * a superpage.
5399                                          */
5400                                         superpage = TRUE;
5401                                 }
5402
5403                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5404                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5405                                             pv->pv_va, tpte);
5406                                 }
5407
5408 /*
5409  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5410  */
5411                                 if (tpte & PG_W) {
5412                                         allfree = 0;
5413                                         continue;
5414                                 }
5415
5416                                 if (superpage)
5417                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5418                                 else
5419                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5420
5421                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5422                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5423                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5424                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5425                                     (uintmax_t)tpte));
5426
5427                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5428                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5429                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5430                                     (uintmax_t)tpte));
5431
5432                                 pte_clear(pte);
5433
5434                                 /*
5435                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5436                                  */
5437                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5438                                         if (superpage) {
5439                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5440                                                         vm_page_dirty(mt);
5441                                         } else
5442                                                 vm_page_dirty(m);
5443                                 }
5444
5445                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5446
5447                                 /* Mark free */
5448                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5449                                 if (superpage) {
5450                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5451                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5452                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5453                                         pvh->pv_gen++;
5454                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5455                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5456                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5457                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5458                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5459                                         }
5460                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5461                                         if (mpte != NULL) {
5462                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5463                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5464                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5465                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5466                                                 mpte->wire_count = 0;
5467                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5468                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
5469                                         }
5470                                 } else {
5471                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5472                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5473                                         m->md.pv_gen++;
5474                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5475                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5476                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5477                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5478                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5479                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5480                                         }
5481                                 }
5482                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5483                                 freed++;
5484                         }
5485                 }
5486                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5487                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5488                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5489                 if (allfree) {
5490                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5491                         free_pv_chunk(pc);
5492                 }
5493         }
5494         if (lock != NULL)
5495                 rw_wunlock(lock);
5496         pmap_invalidate_all(pmap);
5497         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5498         PMAP_UNLOCK(pmap);
5499         pmap_free_zero_pages(&free);
5500 }
5501
5502 static boolean_t
5503 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5504 {
5505         struct rwlock *lock;
5506         pv_entry_t pv;
5507         struct md_page *pvh;
5508         pt_entry_t *pte, mask;
5509         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5510         pmap_t pmap;
5511         int md_gen, pvh_gen;
5512         boolean_t rv;
5513
5514         rv = FALSE;
5515         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5516         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5517         rw_rlock(lock);
5518 restart:
5519         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5520                 pmap = PV_PMAP(pv);
5521                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5522                         md_gen = m->md.pv_gen;
5523                         rw_runlock(lock);
5524                         PMAP_LOCK(pmap);
5525                         rw_rlock(lock);
5526                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5527                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5528                                 goto restart;
5529                         }
5530                 }
5531                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5532                 mask = 0;
5533                 if (modified) {
5534                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5535                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5536                         mask |= PG_RW | PG_M;
5537                 }
5538                 if (accessed) {
5539                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5540                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5541                         mask |= PG_V | PG_A;
5542                 }
5543                 rv = (*pte & mask) == mask;
5544                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5545                 if (rv)
5546                         goto out;
5547         }
5548         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5549                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5550                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5551                         pmap = PV_PMAP(pv);
5552                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5553                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5554                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5555                                 rw_runlock(lock);
5556                                 PMAP_LOCK(pmap);
5557                                 rw_rlock(lock);
5558                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5559                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5560                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5561                                         goto restart;
5562                                 }
5563                         }
5564                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5565                         mask = 0;
5566                         if (modified) {
5567                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5568                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5569                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5570                         }
5571                         if (accessed) {
5572                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5573                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5574                                 mask |= PG_V | PG_A;
5575                         }
5576                         rv = (*pte & mask) == mask;
5577                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5578                         if (rv)
5579                                 goto out;
5580                 }
5581         }
5582 out:
5583         rw_runlock(lock);
5584         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5585         return (rv);
5586 }
5587
5588 /*
5589  *      pmap_is_modified:
5590  *
5591  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5592  *      in any physical maps.
5593  */
5594 boolean_t
5595 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5596 {
5597
5598         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5599             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5600
5601         /*
5602          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5603          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5604          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5605          */
5606         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5607         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5608                 return (FALSE);
5609         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5610 }
5611
5612 /*
5613  *      pmap_is_prefaultable:
5614  *
5615  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5616  *      for prefault.
5617  */
5618 boolean_t
5619 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5620 {
5621         pd_entry_t *pde;
5622         pt_entry_t *pte, PG_V;
5623         boolean_t rv;
5624
5625         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5626         rv = FALSE;
5627         PMAP_LOCK(pmap);
5628         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5629         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5630                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5631                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5632         }
5633         PMAP_UNLOCK(pmap);
5634         return (rv);
5635 }
5636
5637 /*
5638  *      pmap_is_referenced:
5639  *
5640  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5641  *      in any physical maps.
5642  */
5643 boolean_t
5644 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5645 {
5646
5647         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5648             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5649         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5650 }
5651
5652 /*
5653  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5654  */
5655 void
5656 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5657 {
5658         struct md_page *pvh;
5659         pmap_t pmap;
5660         struct rwlock *lock;
5661         pv_entry_t next_pv, pv;
5662         pd_entry_t *pde;
5663         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5664         vm_offset_t va;
5665         int pvh_gen, md_gen;
5666
5667         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5668             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5669
5670         /*
5671          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5672          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5673          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5674          */
5675         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5676         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5677                 return;
5678         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5679         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5680         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5681 retry_pv_loop:
5682         rw_wlock(lock);
5683         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5684                 goto small_mappings;
5685         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5686                 pmap = PV_PMAP(pv);
5687                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5688                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5689                         rw_wunlock(lock);
5690                         PMAP_LOCK(pmap);
5691                         rw_wlock(lock);
5692                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5693                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5694                                 rw_wunlock(lock);
5695                                 goto retry_pv_loop;
5696                         }
5697                 }
5698                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5699                 va = pv->pv_va;
5700                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5701                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5702                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5703                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5704                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5705                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5706                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5707         }
5708 small_mappings:
5709         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5710                 pmap = PV_PMAP(pv);
5711                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5712                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5713                         md_gen = m->md.pv_gen;
5714                         rw_wunlock(lock);
5715                         PMAP_LOCK(pmap);
5716                         rw_wlock(lock);
5717                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5718                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5719                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5720                                 rw_wunlock(lock);
5721                                 goto retry_pv_loop;
5722                         }
5723                 }
5724                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5725                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5726                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5727                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5728                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5729                     m));
5730                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5731 retry:
5732                 oldpte = *pte;
5733                 if (oldpte & PG_RW) {
5734                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5735                             ~(PG_RW | PG_M)))
5736                                 goto retry;
5737                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5738                                 vm_page_dirty(m);
5739                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5740                 }
5741                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5742         }
5743         rw_wunlock(lock);
5744         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5745         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5746 }
5747
5748 static __inline boolean_t
5749 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5750 {
5751
5752         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5753                 return (TRUE);
5754
5755         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5756
5757         /*
5758          * RWX = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5759          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5760          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5761          */
5762         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5763                 return (FALSE);
5764
5765         /*
5766          * RWX = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5767          */
5768         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5769             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5770                 return (TRUE);
5771         else
5772                 return (FALSE);
5773 }
5774
5775 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5776
5777 /*
5778  *      pmap_ts_referenced:
5779  *
5780  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5781  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5782  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5783  *      reference bits set.
5784  *
5785  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5786  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5787  *      optimal aging of shared pages.
5788  */
5789 int
5790 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5791 {
5792         struct md_page *pvh;
5793         pv_entry_t pv, pvf;
5794         pmap_t pmap;
5795         struct rwlock *lock;
5796         pd_entry_t oldpde, *pde;
5797         pt_entry_t *pte, PG_A;
5798         vm_offset_t va;
5799         vm_paddr_t pa;
5800         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5801         struct spglist free;
5802         boolean_t demoted;
5803
5804         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5805             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5806         SLIST_INIT(&free);
5807         cleared = 0;
5808         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5809         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5810         pvh = pa_to_pvh(pa);
5811         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5812         rw_wlock(lock);
5813 retry:
5814         not_cleared = 0;
5815         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5816             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5817                 goto small_mappings;
5818         pv = pvf;
5819         do {
5820                 if (pvf == NULL)
5821                         pvf = pv;
5822                 pmap = PV_PMAP(pv);
5823                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5824                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5825                         rw_wunlock(lock);
5826                         PMAP_LOCK(pmap);
5827                         rw_wlock(lock);
5828                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5829                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5830                                 goto retry;
5831                         }
5832                 }
5833                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5834                 va = pv->pv_va;
5835                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5836                 oldpde = *pde;
5837                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5838                         /*
5839                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5840                          * pages, it should not be cleared every time it is
5841                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5842                          * physical page number, the virtual superpage number,
5843                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5844                          * the 512 on which testing the reference bit will
5845                          * result in clearing that reference bit.  This
5846                          * function is designed to avoid the selection of the
5847                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5848                          *
5849                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5850                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5851                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5852                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5853                          * since the superpage is wired, the current state of
5854                          * its reference bit won't affect page replacement.
5855                          */
5856                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5857                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5858                             (*pde & PG_W) == 0) {
5859                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5860                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5861                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5862                                         demoted = FALSE;
5863                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5864                                     pv->pv_va, &lock)) {
5865                                         /*
5866                                          * Remove the mapping to a single page
5867                                          * so that a subsequent access may
5868                                          * repromote.  Since the underlying
5869                                          * page table page is fully populated,
5870                                          * this removal never frees a page
5871                                          * table page.
5872                                          */
5873                                         demoted = TRUE;
5874                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5875                                             PG_PS_FRAME);
5876                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5877                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5878                                             NULL, &lock);
5879                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5880                                 } else
5881                                         demoted = TRUE;
5882
5883                                 if (demoted) {
5884                                         /*
5885                                          * The superpage mapping was removed
5886                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5887                                          * longer valid.
5888                                          */
5889                                         if (pvf == pv)
5890                                                 pvf = NULL;
5891                                         pv = NULL;
5892                                 }
5893                                 cleared++;
5894                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5895                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5896                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5897                         } else
5898                                 not_cleared++;
5899                 }
5900                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5901                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5902                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5903                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5904                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5905                         pvh->pv_gen++;
5906                 }
5907                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5908                         goto out;
5909         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5910 small_mappings:
5911         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5912                 goto out;
5913         pv = pvf;
5914         do {
5915                 if (pvf == NULL)
5916                         pvf = pv;
5917                 pmap = PV_PMAP(pv);
5918                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5919                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5920                         md_gen = m->md.pv_gen;
5921                         rw_wunlock(lock);
5922                         PMAP_LOCK(pmap);
5923                         rw_wlock(lock);
5924                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5925                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5926                                 goto retry;
5927                         }
5928                 }
5929                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5930                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5931                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5932                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5933                     m));
5934                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5935                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5936                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5937                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5938                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5939                                 cleared++;
5940                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5941                                 /*
5942                                  * Wired pages cannot be paged out so
5943                                  * doing accessed bit emulation for
5944                                  * them is wasted effort. We do the
5945                                  * hard work for unwired pages only.
5946                                  */
5947                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5948                                     *pde, &free, &lock);
5949                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5950                                 cleared++;
5951                                 if (pvf == pv)
5952                                         pvf = NULL;
5953                                 pv = NULL;
5954                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5955                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5956                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5957                         } else
5958                                 not_cleared++;
5959                 }
5960                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5961                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5962                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5963                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5964                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5965                         m->md.pv_gen++;
5966                 }
5967         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5968             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5969 out:
5970         rw_wunlock(lock);
5971         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5972         pmap_free_zero_pages(&free);
5973         return (cleared + not_cleared);
5974 }
5975
5976 /*
5977  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5978  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5979  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5980  */
5981 void
5982 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5983 {
5984         struct rwlock *lock;
5985         pml4_entry_t *pml4e;
5986         pdp_entry_t *pdpe;
5987         pd_entry_t oldpde, *pde;
5988         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5989         vm_offset_t va_next;
5990         vm_page_t m;
5991         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5992
5993         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5994                 return;
5995
5996         /*
5997          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
5998          * the modified and accessed bits below. Since this function is
5999          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6000          * A/D bit emulation.
6001          */
6002         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6003                 return;
6004
6005         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6006         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6007         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6008         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6009         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6010
6011         pv_lists_locked = FALSE;
6012 resume:
6013         anychanged = FALSE;
6014         PMAP_LOCK(pmap);
6015         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6016                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6017                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6018                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6019                         if (va_next < sva)
6020                                 va_next = eva;
6021                         continue;
6022                 }
6023                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6024                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6025                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6026                         if (va_next < sva)
6027                                 va_next = eva;
6028                         continue;
6029                 }
6030                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6031                 if (va_next < sva)
6032                         va_next = eva;
6033                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6034                 oldpde = *pde;
6035                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6036                         continue;
6037                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6038                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6039                                 continue;
6040                         if (!pv_lists_locked) {
6041                                 pv_lists_locked = TRUE;
6042                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6043                                         if (anychanged)
6044                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
6045                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6046                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
6047                                         goto resume;
6048                                 }
6049                         }
6050                         lock = NULL;
6051                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6052                                 if (lock != NULL)
6053                                         rw_wunlock(lock);
6054
6055                                 /*
6056                                  * The large page mapping was destroyed.
6057                                  */
6058                                 continue;
6059                         }
6060
6061                         /*
6062                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6063                          * mapping to a single page so that a subsequent
6064                          * access may repromote.  Since the underlying page
6065                          * table page is fully populated, this removal never
6066                          * frees a page table page.
6067                          */
6068                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6069                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6070                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6071                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6072                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6073                                     &lock);
6074                                 anychanged = TRUE;
6075                         }
6076                         if (lock != NULL)
6077                                 rw_wunlock(lock);
6078                 }
6079                 if (va_next > eva)
6080                         va_next = eva;
6081                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6082                     sva += PAGE_SIZE) {
6083                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
6084                             PG_V))
6085                                 continue;
6086                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6087                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6088                                         /*
6089                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6090                                          * can be avoided by making the page
6091                                          * dirty now.
6092                                          */
6093                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6094                                         vm_page_dirty(m);
6095                                 }
6096                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6097                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6098                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6099                         else
6100                                 continue;
6101                         if ((*pte & PG_G) != 0)
6102                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6103                         else
6104                                 anychanged = TRUE;
6105                 }
6106         }
6107         if (anychanged)
6108                 pmap_invalidate_all(pmap);
6109         if (pv_lists_locked)
6110                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6111         PMAP_UNLOCK(pmap);
6112 }
6113
6114 /*
6115  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6116  */
6117 void
6118 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6119 {
6120         struct md_page *pvh;
6121         pmap_t pmap;
6122         pv_entry_t next_pv, pv;
6123         pd_entry_t oldpde, *pde;
6124         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6125         struct rwlock *lock;
6126         vm_offset_t va;
6127         int md_gen, pvh_gen;
6128
6129         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6130             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6131         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6132         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6133             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6134
6135         /*
6136          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6137          * If the object containing the page is locked and the page is not
6138          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6139          */
6140         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6141                 return;
6142         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6143         rw_rlock(&pvh_global_lock);
6144         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6145         rw_wlock(lock);
6146 restart:
6147         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
6148                 goto small_mappings;
6149         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6150                 pmap = PV_PMAP(pv);
6151                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6152                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6153                         rw_wunlock(lock);
6154                         PMAP_LOCK(pmap);
6155                         rw_wlock(lock);
6156                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6157                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6158                                 goto restart;
6159                         }
6160                 }
6161                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6162                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6163                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6164                 va = pv->pv_va;
6165                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6166                 oldpde = *pde;
6167                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6168                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6169                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6170                                         /*
6171                                          * Write protect the mapping to a
6172                                          * single page so that a subsequent
6173                                          * write access may repromote.
6174                                          */
6175                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6176                                             PG_PS_FRAME);
6177                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6178                                         oldpte = *pte;
6179                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6180                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6181                                                     oldpte,
6182                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6183                                                         oldpte = *pte;
6184                                                 vm_page_dirty(m);
6185                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6186                                         }
6187                                 }
6188                         }
6189                 }
6190                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6191         }
6192 small_mappings:
6193         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6194                 pmap = PV_PMAP(pv);
6195                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6196                         md_gen = m->md.pv_gen;
6197                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6198                         rw_wunlock(lock);
6199                         PMAP_LOCK(pmap);
6200                         rw_wlock(lock);
6201                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6202                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6203                                 goto restart;
6204                         }
6205                 }
6206                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6207                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6208                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6209                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6210                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6211                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6212                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6213                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6214                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6215                 }
6216                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6217         }
6218         rw_wunlock(lock);
6219         rw_runlock(&pvh_global_lock);
6220 }
6221
6222 /*
6223  * Miscellaneous support routines follow
6224  */
6225
6226 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6227 static __inline void
6228 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6229 {
6230         u_int opte, npte;
6231
6232         /*
6233          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6234          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6235          */
6236         do {
6237                 opte = *(u_int *)pte;
6238                 npte = opte & ~mask;
6239                 npte |= cache_bits;
6240         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6241 }
6242
6243 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6244 static __inline void
6245 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6246 {
6247         u_int opde, npde;
6248
6249         /*
6250          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6251          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6252          */
6253         do {
6254                 opde = *(u_int *)pde;
6255                 npde = opde & ~mask;
6256                 npde |= cache_bits;
6257         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6258 }
6259
6260 /*
6261  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6262  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6263  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6264  * NOT real memory.
6265  */
6266 void *
6267 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6268 {
6269         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6270         vm_offset_t va, offset;
6271         vm_size_t tmpsize;
6272         int i;
6273
6274         offset = pa & PAGE_MASK;
6275         size = round_page(offset + size);
6276         pa = trunc_page(pa);
6277
6278         if (!pmap_initialized) {
6279                 va = 0;
6280                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6281                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6282                         if (ppim->va == 0) {
6283                                 ppim->pa = pa;
6284                                 ppim->sz = size;
6285                                 ppim->mode = mode;
6286                                 ppim->va = virtual_avail;
6287                                 virtual_avail += size;
6288                                 va = ppim->va;
6289                                 break;
6290                         }
6291                 }
6292                 if (va == 0)
6293                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6294         } else {
6295                 /*
6296                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6297                  */
6298                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6299                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6300                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6301                             ppim->mode == mode)
6302                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6303                 }
6304                 /*
6305                  * If the specified range of physical addresses fits within
6306                  * the direct map window, use the direct map.
6307                  */
6308                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6309                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6310                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6311                                 return ((void *)(va + offset));
6312                 }
6313                 va = kva_alloc(size);
6314                 if (va == 0)
6315                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6316         }
6317         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6318                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6319         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6320         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6321         return ((void *)(va + offset));
6322 }
6323
6324 void *
6325 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6326 {
6327
6328         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6329 }
6330
6331 void *
6332 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6333 {
6334
6335         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6336 }
6337
6338 void
6339 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6340 {
6341         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6342         vm_offset_t offset;
6343         int i;
6344
6345         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6346         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6347                 return;
6348         offset = va & PAGE_MASK;
6349         size = round_page(offset + size);
6350         va = trunc_page(va);
6351         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6352                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6353                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6354                         if (pmap_initialized)
6355                                 return;
6356                         ppim->pa = 0;
6357                         ppim->va = 0;
6358                         ppim->sz = 0;
6359                         ppim->mode = 0;
6360                         if (va + size == virtual_avail)
6361                                 virtual_avail = va;
6362                         return;
6363                 }
6364         }
6365         if (pmap_initialized)
6366                 kva_free(va, size);
6367 }
6368
6369 /*
6370  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6371  */
6372 static boolean_t
6373 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6374 {
6375         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6376         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6377         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6378         vm_paddr_t mpdepa;
6379         vm_page_t mpde;
6380
6381         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6382         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6383         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6384         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6385
6386         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6387         oldpdpe = *pdpe;
6388         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6389             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6390         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6391             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6392                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6393                     " in pmap %p", va, pmap);
6394                 return (FALSE);
6395         }
6396         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6397         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6398         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6399         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6400             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6401         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6402             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6403         newpde = oldpdpe;
6404
6405         /*
6406          * Initialize the page directory page.
6407          */
6408         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6409                 *pde = newpde;
6410                 newpde += NBPDR;
6411         }
6412
6413         /*
6414          * Demote the mapping.
6415          */
6416         *pdpe = newpdpe;
6417
6418         /*
6419          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6420          */
6421         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6422
6423         pmap_pdpe_demotions++;
6424         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6425             " in pmap %p", va, pmap);
6426         return (TRUE);
6427 }
6428
6429 /*
6430  * Sets the memory attribute for the specified page.
6431  */
6432 void
6433 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6434 {
6435
6436         m->md.pat_mode = ma;
6437
6438         /*
6439          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6440          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6441          * required for data coherence.
6442          */
6443         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6444             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6445             m->md.pat_mode))
6446                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6447 }
6448
6449 /*
6450  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6451  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6452  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6453  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6454  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6455  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6456  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6457  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6458  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6459  * same physical page have different memory types.
6460  *
6461  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6462  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6463  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6464  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6465  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6466  * virtual address range or the direct map.
6467  */
6468 int
6469 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6470 {
6471         int error;
6472
6473         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6474         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6475         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6476         return (error);
6477 }
6478
6479 static int
6480 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6481 {
6482         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6483         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6484         pdp_entry_t *pdpe;
6485         pd_entry_t *pde;
6486         pt_entry_t *pte;
6487         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6488         boolean_t changed;
6489
6490         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6491         base = trunc_page(va);
6492         offset = va & PAGE_MASK;
6493         size = round_page(offset + size);
6494
6495         /*
6496          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6497          * map but excluding the recursive map.
6498          */
6499         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6500                 return (EINVAL);
6501
6502         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6503         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6504         changed = FALSE;
6505
6506         /*
6507          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6508          * into 4KB pages if required.
6509          */
6510         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6511                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6512                 if (*pdpe == 0)
6513                         return (EINVAL);
6514                 if (*pdpe & PG_PS) {
6515                         /*
6516                          * If the current 1GB page already has the required
6517                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6518                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6519                          */
6520                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6521                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6522                                 continue;
6523                         }
6524
6525                         /*
6526                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6527                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6528                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6529                          */
6530                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6531                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6532                                 tmpva += NBPDP;
6533                                 continue;
6534                         }
6535                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6536                                 return (ENOMEM);
6537                 }
6538                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6539                 if (*pde == 0)
6540                         return (EINVAL);
6541                 if (*pde & PG_PS) {
6542                         /*
6543                          * If the current 2MB page already has the required
6544                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6545                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6546                          */
6547                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6548                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6549                                 continue;
6550                         }
6551
6552                         /*
6553                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6554                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6555                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6556                          */
6557                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6558                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6559                                 tmpva += NBPDR;
6560                                 continue;
6561                         }
6562                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6563                                 return (ENOMEM);
6564                 }
6565                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6566                 if (*pte == 0)
6567                         return (EINVAL);
6568                 tmpva += PAGE_SIZE;
6569         }
6570         error = 0;
6571
6572         /*
6573          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6574          * cache mode if required.
6575          */
6576         pa_start = pa_end = 0;
6577         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6578                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6579                 if (*pdpe & PG_PS) {
6580                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6581                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6582                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6583                                 changed = TRUE;
6584                         }
6585                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6586                                 if (pa_start == pa_end) {
6587                                         /* Start physical address run. */
6588                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6589                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6590                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6591                                         pa_end += NBPDP;
6592                                 else {
6593                                         /* Run ended, update direct map. */
6594                                         error = pmap_change_attr_locked(
6595                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6596                                             pa_end - pa_start, mode);
6597                                         if (error != 0)
6598                                                 break;
6599                                         /* Start physical address run. */
6600                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6601                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6602                                 }
6603                         }
6604                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6605                         continue;
6606                 }
6607                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6608                 if (*pde & PG_PS) {
6609                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6610                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6611                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6612                                 changed = TRUE;
6613                         }
6614                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6615                                 if (pa_start == pa_end) {
6616                                         /* Start physical address run. */
6617                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6618                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6619                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6620                                         pa_end += NBPDR;
6621                                 else {
6622                                         /* Run ended, update direct map. */
6623                                         error = pmap_change_attr_locked(
6624                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6625                                             pa_end - pa_start, mode);
6626                                         if (error != 0)
6627                                                 break;
6628                                         /* Start physical address run. */
6629                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6630                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6631                                 }
6632                         }
6633                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6634                 } else {
6635                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6636                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6637                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6638                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6639                                 changed = TRUE;
6640                         }
6641                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6642                                 if (pa_start == pa_end) {
6643                                         /* Start physical address run. */
6644                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6645                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6646                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6647                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6648                                 else {
6649                                         /* Run ended, update direct map. */
6650                                         error = pmap_change_attr_locked(
6651                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6652                                             pa_end - pa_start, mode);
6653                                         if (error != 0)
6654                                                 break;
6655                                         /* Start physical address run. */
6656                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6657                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6658                                 }
6659                         }
6660                         tmpva += PAGE_SIZE;
6661                 }
6662         }
6663         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6664                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6665                     pa_end - pa_start, mode);
6666
6667         /*
6668          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6669          * shouldn't be, etc.
6670          */
6671         if (changed) {
6672                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6673                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
6674         }
6675         return (error);
6676 }
6677
6678 /*
6679  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6680  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6681  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6682  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6683  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6684  */
6685 void
6686 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6687 {
6688         pdp_entry_t *pdpe;
6689         pd_entry_t *pde;
6690         vm_offset_t va;
6691         boolean_t changed;
6692
6693         if (len == 0)
6694                 return;
6695         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6696         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6697             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6698         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6699                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6700                 changed = FALSE;
6701                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6702                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6703                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6704                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6705                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6706                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6707                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6708                         changed = TRUE;
6709                 }
6710                 if (len < NBPDR) {
6711                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6712                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6713                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6714                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6715                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6716                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6717                                 changed = TRUE;
6718                         }
6719                 }
6720                 if (changed && invalidate)
6721                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6722                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6723         }
6724 }
6725
6726 /*
6727  * perform the pmap work for mincore
6728  */
6729 int
6730 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6731 {
6732         pd_entry_t *pdep;
6733         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6734         vm_paddr_t pa;
6735         int val;
6736
6737         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6738         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6739         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6740         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6741
6742         PMAP_LOCK(pmap);
6743 retry:
6744         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6745         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6746                 if (*pdep & PG_PS) {
6747                         pte = *pdep;
6748                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6749                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6750                             PG_FRAME;
6751                         val = MINCORE_SUPER;
6752                 } else {
6753                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6754                         pa = pte & PG_FRAME;
6755                         val = 0;
6756                 }
6757         } else {
6758                 pte = 0;
6759                 pa = 0;
6760                 val = 0;
6761         }
6762         if ((pte & PG_V) != 0) {
6763                 val |= MINCORE_INCORE;
6764                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6765                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6766                 if ((pte & PG_A) != 0)
6767                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6768         }
6769         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6770             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6771             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6772                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6773                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6774                         goto retry;
6775         } else
6776                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6777         PMAP_UNLOCK(pmap);
6778         return (val);
6779 }
6780
6781 void
6782 pmap_activate(struct thread *td)
6783 {
6784         pmap_t  pmap, oldpmap;
6785         u_int   cpuid;
6786
6787         critical_enter();
6788         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6789         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6790         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6791 #ifdef SMP
6792         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6793         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6794         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
6795 #else
6796         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6797         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6798         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_save);
6799 #endif
6800         td->td_pcb->pcb_cr3 = pmap->pm_cr3;
6801         load_cr3(pmap->pm_cr3);
6802         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6803         critical_exit();
6804 }
6805
6806 void
6807 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6808 {
6809 }
6810
6811 /*
6812  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6813  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6814  */
6815 void
6816 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6817     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6818 {
6819         vm_offset_t superpage_offset;
6820
6821         if (size < NBPDR)
6822                 return;
6823         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6824                 offset += ptoa(object->pg_color);
6825         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6826         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6827             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6828                 return;
6829         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6830                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6831         else
6832                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6833 }
6834
6835 #ifdef INVARIANTS
6836 static unsigned long num_dirty_emulations;
6837 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6838              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6839
6840 static unsigned long num_accessed_emulations;
6841 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6842              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6843
6844 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6845 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6846              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6847
6848 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6849 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6850              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6851 #endif  /* INVARIANTS */
6852
6853 int
6854 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6855 {
6856         int rv;
6857         struct rwlock *lock;
6858         vm_page_t m, mpte;
6859         pd_entry_t *pde;
6860         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6861         boolean_t pv_lists_locked;
6862
6863         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6864             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6865
6866         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6867                 return (-1);
6868
6869         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6870         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6871         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6872         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6873
6874         rv = -1;
6875         lock = NULL;
6876         pv_lists_locked = FALSE;
6877 retry:
6878         PMAP_LOCK(pmap);
6879
6880         pde = pmap_pde(pmap, va);
6881         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6882                 goto done;
6883
6884         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6885                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6886 #ifdef INVARIANTS
6887                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6888 #endif
6889                         *pde |= PG_A;
6890                         rv = 0;
6891                 }
6892                 goto done;
6893         }
6894
6895         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6896         if ((*pte & PG_V) == 0)
6897                 goto done;
6898
6899         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6900                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6901                         goto done;
6902                 /*
6903                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
6904                  *
6905                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
6906                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
6907                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
6908                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
6909                  * and PG_M simultaneously.
6910                  */
6911                 *pte |= PG_M | PG_A;
6912         } else {
6913                 *pte |= PG_A;
6914         }
6915
6916         /* try to promote the mapping */
6917         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6918                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6919         else
6920                 mpte = NULL;
6921
6922         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6923
6924         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
6925             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6926             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6927             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
6928                 if (!pv_lists_locked) {
6929                         pv_lists_locked = TRUE;
6930                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6931                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6932                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
6933                                 goto retry;
6934                         }
6935                 }
6936                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6937 #ifdef INVARIANTS
6938                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
6939 #endif
6940         }
6941 #ifdef INVARIANTS
6942         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
6943                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
6944         else
6945                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
6946 #endif
6947         rv = 0;         /* success */
6948 done:
6949         if (lock != NULL)
6950                 rw_wunlock(lock);
6951         if (pv_lists_locked)
6952                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6953         PMAP_UNLOCK(pmap);
6954         return (rv);
6955 }
6956
6957 void
6958 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
6959 {
6960         pml4_entry_t *pml4;
6961         pdp_entry_t *pdp;
6962         pd_entry_t *pde;
6963         pt_entry_t *pte, PG_V;
6964         int idx;
6965
6966         idx = 0;
6967         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6968         PMAP_LOCK(pmap);
6969
6970         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6971         ptr[idx++] = *pml4;
6972         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
6973                 goto done;
6974
6975         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6976         ptr[idx++] = *pdp;
6977         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
6978                 goto done;
6979
6980         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6981         ptr[idx++] = *pde;
6982         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
6983                 goto done;
6984
6985         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6986         ptr[idx++] = *pte;
6987
6988 done:
6989         PMAP_UNLOCK(pmap);
6990         *num = idx;
6991 }
6992
6993 #include "opt_ddb.h"
6994 #ifdef DDB
6995 #include <ddb/ddb.h>
6996
6997 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
6998 {
6999         pmap_t pmap;
7000         pml4_entry_t *pml4;
7001         pdp_entry_t *pdp;
7002         pd_entry_t *pde;
7003         pt_entry_t *pte, PG_V;
7004         vm_offset_t va;
7005
7006         if (have_addr) {
7007                 va = (vm_offset_t)addr;
7008                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
7009         } else {
7010                 db_printf("show pte addr\n");
7011                 return;
7012         }
7013         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7014         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7015         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
7016         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
7017                 db_printf("\n");
7018                 return;
7019         }
7020         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7021         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
7022         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
7023                 db_printf("\n");
7024                 return;
7025         }
7026         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7027         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
7028         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
7029                 db_printf("\n");
7030                 return;
7031         }
7032         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7033         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
7034 }
7035
7036 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
7037 {
7038         vm_paddr_t a;
7039
7040         if (have_addr) {
7041                 a = (vm_paddr_t)addr;
7042                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
7043         } else {
7044                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
7045         }
7046 }
7047 #endif