]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/7.2.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Create releng/7.2 from stable/7 in preparation for 7.2-RELEASE.
[FreeBSD/releng/7.2.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) 2005-2008 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 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 /*
83  *      Manages physical address maps.
84  *
85  *      In addition to hardware address maps, this
86  *      module is called upon to provide software-use-only
87  *      maps which may or may not be stored in the same
88  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
89  *      used to store intermediate results from copy
90  *      operations to and from address spaces.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_msgbuf.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_vm.h"
111
112 #include <sys/param.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/msgbuf.h>
120 #include <sys/mutex.h>
121 #include <sys/proc.h>
122 #include <sys/sx.h>
123 #include <sys/vmmeter.h>
124 #include <sys/sched.h>
125 #include <sys/sysctl.h>
126 #ifdef SMP
127 #include <sys/smp.h>
128 #endif
129
130 #include <vm/vm.h>
131 #include <vm/vm_param.h>
132 #include <vm/vm_kern.h>
133 #include <vm/vm_page.h>
134 #include <vm/vm_map.h>
135 #include <vm/vm_object.h>
136 #include <vm/vm_extern.h>
137 #include <vm/vm_pageout.h>
138 #include <vm/vm_pager.h>
139 #include <vm/vm_reserv.h>
140 #include <vm/uma.h>
141
142 #include <machine/cpu.h>
143 #include <machine/cputypes.h>
144 #include <machine/md_var.h>
145 #include <machine/pcb.h>
146 #include <machine/specialreg.h>
147 #ifdef SMP
148 #include <machine/smp.h>
149 #endif
150
151 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
152 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
153 #endif
154
155 #if !defined(DIAGNOSTIC)
156 #define PMAP_INLINE     __gnu89_inline
157 #else
158 #define PMAP_INLINE
159 #endif
160
161 #define PV_STATS
162 #ifdef PV_STATS
163 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
164 #else
165 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
166 #endif
167
168 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
169 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
170
171 struct pmap kernel_pmap_store;
172
173 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
174 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
175
176 static int ndmpdp;
177 static vm_paddr_t dmaplimit;
178 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
179 pt_entry_t pg_nx;
180
181 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
182
183 static int pg_ps_enabled;
184 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RD, &pg_ps_enabled, 0,
185     "Are large page mappings enabled?");
186
187 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
188 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
189 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
190 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
191
192 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
193 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
194
195 /*
196  * Data for the pv entry allocation mechanism
197  */
198 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
199 static struct md_page *pv_table;
200 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
201
202 /*
203  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
204  */
205 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
206 caddr_t CADDR1 = 0;
207 struct msgbuf *msgbufp = 0;
208
209 /*
210  * Crashdump maps.
211  */
212 static caddr_t crashdumpmap;
213
214 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
215 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, int try);
216 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
217 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
218 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
219 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
220 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
221                     vm_offset_t va);
222
223 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
224 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
225     vm_prot_t prot);
226 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
227     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
228 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
229 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
230 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
231 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
232 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
233     vm_prot_t prot);
234 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
235                 vm_page_t *free);
236 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
237                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free);
238 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
239 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
240     vm_page_t *free);
241 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
242                 vm_offset_t va);
243 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
244 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
245     vm_page_t m);
246
247 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
248 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
249
250 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags);
251 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
252                 vm_page_t* free);
253 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
254 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
255
256 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
257 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
258
259 /*
260  * Move the kernel virtual free pointer to the next
261  * 2MB.  This is used to help improve performance
262  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
263  * (.text, .data, .bss)
264  */
265 static vm_offset_t
266 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
267 {
268         vm_offset_t newaddr = addr;
269
270         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
271         return newaddr;
272 }
273
274 /********************/
275 /* Inline functions */
276 /********************/
277
278 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
279 static __inline vm_pindex_t
280 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
281 {
282         return va >> PDRSHIFT;
283 }
284
285
286 /* Return various clipped indexes for a given VA */
287 static __inline vm_pindex_t
288 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
289 {
290
291         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
292 }
293
294 static __inline vm_pindex_t
295 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
296 {
297
298         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
299 }
300
301 static __inline vm_pindex_t
302 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
303 {
304
305         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
306 }
307
308 static __inline vm_pindex_t
309 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
310 {
311
312         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
313 }
314
315 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
316 static __inline pml4_entry_t *
317 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
318 {
319
320         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
321 }
322
323 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
324 static __inline pdp_entry_t *
325 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
326 {
327         pdp_entry_t *pdpe;
328
329         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
330         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
331 }
332
333 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
334 static __inline pdp_entry_t *
335 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
336 {
337         pml4_entry_t *pml4e;
338
339         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
340         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
341                 return NULL;
342         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
343 }
344
345 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
346 static __inline pd_entry_t *
347 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
348 {
349         pd_entry_t *pde;
350
351         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
352         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
353 }
354
355 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
356 static __inline pd_entry_t *
357 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
358 {
359         pdp_entry_t *pdpe;
360
361         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
362         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
363                  return NULL;
364         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
365 }
366
367 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
368 static __inline pt_entry_t *
369 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
370 {
371         pt_entry_t *pte;
372
373         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
374         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
375 }
376
377 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
378 static __inline pt_entry_t *
379 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
380 {
381         pd_entry_t *pde;
382
383         pde = pmap_pde(pmap, va);
384         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
385                 return NULL;
386         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
387                 return ((pt_entry_t *)pde);
388         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
389 }
390
391
392 PMAP_INLINE pt_entry_t *
393 vtopte(vm_offset_t va)
394 {
395         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
396
397         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
398 }
399
400 static __inline pd_entry_t *
401 vtopde(vm_offset_t va)
402 {
403         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
404
405         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
406 }
407
408 static u_int64_t
409 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
410 {
411         u_int64_t ret;
412
413         ret = *firstaddr;
414         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
415         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
416         return (ret);
417 }
418
419 static void
420 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
421 {
422         int i;
423
424         /* Allocate pages */
425         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
426         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
427         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
428         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
429
430         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
431         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
432                 ndmpdp = 4;
433         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
434         DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
435         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
436
437         /* Fill in the underlying page table pages */
438         /* Read-only from zero to physfree */
439         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
440         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
441                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
442                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
443         }
444
445         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
446         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
447                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
448                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
449         }
450
451         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
452         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
453         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
454                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
455                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
456         }
457
458         /* And connect up the PD to the PDP */
459         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
460                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
461                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
462         }
463
464
465         /* Now set up the direct map space using 2MB pages */
466         for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
467                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
468                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
469         }
470
471         /* And the direct map space's PDP */
472         for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
473                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
474                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
475         }
476
477         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
478         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
479         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
480
481         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
482         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
483         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
484
485         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
486         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
487         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
488 }
489
490 /*
491  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
492  *
493  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
494  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
495  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
496  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
497  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
498  *      (physical) address starting relative to 0]
499  */
500 void
501 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
502 {
503         vm_offset_t va;
504         pt_entry_t *pte, *unused;
505
506         /*
507          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
508          */
509         create_pagetables(firstaddr);
510
511         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
512         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
513
514         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
515
516
517         /* XXX do %cr0 as well */
518         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
519         load_cr3(KPML4phys);
520
521         /*
522          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
523          */
524         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
525         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (KERNBASE + KPML4phys);
526         kernel_pmap->pm_root = NULL;
527         kernel_pmap->pm_active = -1;    /* don't allow deactivation */
528         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
529
530         /*
531          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
532          * mapping of pages.
533          */
534 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
535         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
536
537         va = virtual_avail;
538         pte = vtopte(va);
539
540         /*
541          * CMAP1 is only used for the memory test.
542          */
543         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
544
545         /*
546          * Crashdump maps.
547          */
548         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
549
550         /*
551          * msgbufp is used to map the system message buffer.
552          */
553         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
554
555         virtual_avail = va;
556
557         *CMAP1 = 0;
558
559         invltlb();
560
561         /* Initialize the PAT MSR. */
562         pmap_init_pat();
563 }
564
565 /*
566  * Setup the PAT MSR.
567  */
568 void
569 pmap_init_pat(void)
570 {
571         uint64_t pat_msr;
572
573         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
574         if (!(cpu_feature & CPUID_PAT))
575                 panic("no PAT??");
576
577 #ifdef PAT_WORKS
578         /*
579          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC, and UC-.
580          * Program 4 and 5 as WP and WC.
581          * Leave 6 and 7 as UC and UC-.
582          */
583         pat_msr = rdmsr(MSR_PAT);
584         pat_msr &= ~(PAT_MASK(4) | PAT_MASK(5));
585         pat_msr |= PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_PROTECTED) |
586             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_COMBINING);
587 #else
588         /*
589          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
590          * PAT entries.  Thus, just replace PAT Index 2 with WC instead
591          * of UC-.
592          *
593          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
594          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
595          * or Mode C Paging)
596          *
597          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
598          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
599          */
600         pat_msr = rdmsr(MSR_PAT);
601         pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
602         pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
603 #endif
604         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
605 }
606
607 /*
608  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
609  */
610 void
611 pmap_page_init(vm_page_t m)
612 {
613
614         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
615 }
616
617 /*
618  *      Initialize the pmap module.
619  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
620  *      system needs to map virtual memory.
621  */
622 void
623 pmap_init(void)
624 {
625         pd_entry_t *pd;
626         vm_page_t mpte;
627         vm_size_t s;
628         int i, pv_npg;
629
630         /*
631          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
632          * page table pages.
633          */ 
634         pd = pmap_pde(kernel_pmap, KERNBASE);
635         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
636                 if ((pd[i] & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V))
637                         continue;
638                 KASSERT((pd[i] & PG_V) != 0,
639                     ("pmap_init: page table page is missing"));
640                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i] & PG_FRAME);
641                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
642                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
643                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
644                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
645                 mpte->phys_addr = pd[i] & PG_FRAME;
646         }
647
648         /*
649          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
650          * high water mark so that the system can recover from excessive
651          * numbers of pv entries.
652          */
653         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
654         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
655         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
656         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
657
658         /*
659          * Are large page mappings enabled?
660          */
661         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
662
663         /*
664          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
665          */
666         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
667         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
668
669         /*
670          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
671          */
672         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
673         s = round_page(s);
674         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
675         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
676                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
677 }
678
679 static int
680 pmap_pventry_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
681 {
682         int error;
683
684         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
685         if (error == 0 && req->newptr) {
686                 shpgperproc = (pv_entry_max - cnt.v_page_count) / maxproc;
687                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
688         }
689         return (error);
690 }
691 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW, 
692     &pv_entry_max, 0, pmap_pventry_proc, "IU", "Max number of PV entries");
693
694 static int
695 pmap_shpgperproc_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
696 {
697         int error;
698
699         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
700         if (error == 0 && req->newptr) {
701                 pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
702                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
703         }
704         return (error);
705 }
706 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW, 
707     &shpgperproc, 0, pmap_shpgperproc_proc, "IU", "Page share factor per proc");
708
709 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
710     "2MB page mapping counters");
711
712 static u_long pmap_pde_demotions;
713 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
714     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
715
716 static u_long pmap_pde_mappings;
717 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
718     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
719
720 static u_long pmap_pde_p_failures;
721 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
722     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
723
724 static u_long pmap_pde_promotions;
725 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
726     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
727
728
729 /***************************************************
730  * Low level helper routines.....
731  ***************************************************/
732
733 /*
734  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
735  * caching mode.
736  */
737 static int
738 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
739 {
740         int pat_flag, pat_index, cache_bits;
741
742         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
743         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
744
745         /* If we don't support PAT, map extended modes to older ones. */
746         if (!(cpu_feature & CPUID_PAT)) {
747                 switch (mode) {
748                 case PAT_UNCACHEABLE:
749                 case PAT_WRITE_THROUGH:
750                 case PAT_WRITE_BACK:
751                         break;
752                 case PAT_UNCACHED:
753                 case PAT_WRITE_COMBINING:
754                 case PAT_WRITE_PROTECTED:
755                         mode = PAT_UNCACHEABLE;
756                         break;
757                 }
758         }
759         
760         /* Map the caching mode to a PAT index. */
761         switch (mode) {
762 #ifdef PAT_WORKS
763         case PAT_UNCACHEABLE:
764                 pat_index = 3;
765                 break;
766         case PAT_WRITE_THROUGH:
767                 pat_index = 1;
768                 break;
769         case PAT_WRITE_BACK:
770                 pat_index = 0;
771                 break;
772         case PAT_UNCACHED:
773                 pat_index = 2;
774                 break;
775         case PAT_WRITE_COMBINING:
776                 pat_index = 5;
777                 break;
778         case PAT_WRITE_PROTECTED:
779                 pat_index = 4;
780                 break;
781 #else
782         case PAT_UNCACHED:
783         case PAT_UNCACHEABLE:
784         case PAT_WRITE_PROTECTED:
785                 pat_index = 3;
786                 break;
787         case PAT_WRITE_THROUGH:
788                 pat_index = 1;
789                 break;
790         case PAT_WRITE_BACK:
791                 pat_index = 0;
792                 break;
793         case PAT_WRITE_COMBINING:
794                 pat_index = 2;
795                 break;
796 #endif
797         default:
798                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
799         }       
800
801         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
802         cache_bits = 0;
803         if (pat_index & 0x4)
804                 cache_bits |= pat_flag;
805         if (pat_index & 0x2)
806                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
807         if (pat_index & 0x1)
808                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
809         return (cache_bits);
810 }
811 #ifdef SMP
812 /*
813  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
814  *
815  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
816  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
817  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
818  * processor could cache an old, pre-update entry without being
819  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
820  * active on another processor after its pm_active field is checked by
821  * one of the following functions but before a store updating the page
822  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
823  * processor before its pm_active field is checked but due to
824  * speculative loads one of the following functions stills reads the
825  * pmap as inactive on the other processor.
826  * 
827  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
828  * immutable.  The kernel page table is always active on every
829  * processor.
830  */
831 void
832 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
833 {
834         u_int cpumask;
835         u_int other_cpus;
836
837         sched_pin();
838         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
839                 invlpg(va);
840                 smp_invlpg(va);
841         } else {
842                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
843                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
844                 if (pmap->pm_active & cpumask)
845                         invlpg(va);
846                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
847                         smp_masked_invlpg(pmap->pm_active & other_cpus, va);
848         }
849         sched_unpin();
850 }
851
852 void
853 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
854 {
855         u_int cpumask;
856         u_int other_cpus;
857         vm_offset_t addr;
858
859         sched_pin();
860         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
861                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
862                         invlpg(addr);
863                 smp_invlpg_range(sva, eva);
864         } else {
865                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
866                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
867                 if (pmap->pm_active & cpumask)
868                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
869                                 invlpg(addr);
870                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
871                         smp_masked_invlpg_range(pmap->pm_active & other_cpus,
872                             sva, eva);
873         }
874         sched_unpin();
875 }
876
877 void
878 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
879 {
880         u_int cpumask;
881         u_int other_cpus;
882
883         sched_pin();
884         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
885                 invltlb();
886                 smp_invltlb();
887         } else {
888                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
889                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
890                 if (pmap->pm_active & cpumask)
891                         invltlb();
892                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
893                         smp_masked_invltlb(pmap->pm_active & other_cpus);
894         }
895         sched_unpin();
896 }
897
898 void
899 pmap_invalidate_cache(void)
900 {
901
902         sched_pin();
903         wbinvd();
904         smp_cache_flush();
905         sched_unpin();
906 }
907 #else /* !SMP */
908 /*
909  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
910  * We inline these within pmap.c for speed.
911  */
912 PMAP_INLINE void
913 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
914 {
915
916         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
917                 invlpg(va);
918 }
919
920 PMAP_INLINE void
921 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
922 {
923         vm_offset_t addr;
924
925         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
926                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
927                         invlpg(addr);
928 }
929
930 PMAP_INLINE void
931 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
932 {
933
934         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
935                 invltlb();
936 }
937
938 PMAP_INLINE void
939 pmap_invalidate_cache(void)
940 {
941
942         wbinvd();
943 }
944 #endif /* !SMP */
945
946 /*
947  * Are we current address space or kernel?
948  */
949 static __inline int
950 pmap_is_current(pmap_t pmap)
951 {
952         return (pmap == kernel_pmap ||
953             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
954 }
955
956 /*
957  *      Routine:        pmap_extract
958  *      Function:
959  *              Extract the physical page address associated
960  *              with the given map/virtual_address pair.
961  */
962 vm_paddr_t 
963 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
964 {
965         vm_paddr_t rtval;
966         pt_entry_t *pte;
967         pd_entry_t pde, *pdep;
968
969         rtval = 0;
970         PMAP_LOCK(pmap);
971         pdep = pmap_pde(pmap, va);
972         if (pdep != NULL) {
973                 pde = *pdep;
974                 if (pde) {
975                         if ((pde & PG_PS) != 0)
976                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
977                         else {
978                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
979                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
980                         }
981                 }
982         }
983         PMAP_UNLOCK(pmap);
984         return (rtval);
985 }
986
987 /*
988  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
989  *      Function:
990  *              Atomically extract and hold the physical page
991  *              with the given pmap and virtual address pair
992  *              if that mapping permits the given protection.
993  */
994 vm_page_t
995 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
996 {
997         pd_entry_t pde, *pdep;
998         pt_entry_t pte;
999         vm_page_t m;
1000
1001         m = NULL;
1002         vm_page_lock_queues();
1003         PMAP_LOCK(pmap);
1004         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1005         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1006                 if (pde & PG_PS) {
1007                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1008                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1009                                     (va & PDRMASK));
1010                                 vm_page_hold(m);
1011                         }
1012                 } else {
1013                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1014                         if ((pte & PG_V) &&
1015                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1016                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1017                                 vm_page_hold(m);
1018                         }
1019                 }
1020         }
1021         vm_page_unlock_queues();
1022         PMAP_UNLOCK(pmap);
1023         return (m);
1024 }
1025
1026 vm_paddr_t
1027 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1028 {
1029         pd_entry_t pde;
1030         vm_paddr_t pa;
1031
1032         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1033                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1034         } else {
1035                 pde = *vtopde(va);
1036                 if (pde & PG_PS) {
1037                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1038                 } else {
1039                         /*
1040                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1041                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1042                          * be used to access the PTE because it would use the
1043                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1044                          * because the page table page is preserved by the
1045                          * promotion.
1046                          */
1047                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1048                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1049                 }
1050         }
1051         return pa;
1052 }
1053
1054 /***************************************************
1055  * Low level mapping routines.....
1056  ***************************************************/
1057
1058 /*
1059  * Add a wired page to the kva.
1060  * Note: not SMP coherent.
1061  */
1062 PMAP_INLINE void 
1063 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1064 {
1065         pt_entry_t *pte;
1066
1067         pte = vtopte(va);
1068         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1069 }
1070
1071 PMAP_INLINE void 
1072 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1073 {
1074         pt_entry_t *pte;
1075
1076         pte = vtopte(va);
1077         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1078 }
1079
1080 /*
1081  * Remove a page from the kernel pagetables.
1082  * Note: not SMP coherent.
1083  */
1084 PMAP_INLINE void
1085 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1086 {
1087         pt_entry_t *pte;
1088
1089         pte = vtopte(va);
1090         pte_clear(pte);
1091 }
1092
1093 /*
1094  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1095  *      virtual address space.
1096  *
1097  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1098  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1099  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1100  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1101  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1102  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1103  *      region.
1104  */
1105 vm_offset_t
1106 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1107 {
1108         return PHYS_TO_DMAP(start);
1109 }
1110
1111
1112 /*
1113  * Add a list of wired pages to the kva
1114  * this routine is only used for temporary
1115  * kernel mappings that do not need to have
1116  * page modification or references recorded.
1117  * Note that old mappings are simply written
1118  * over.  The page *must* be wired.
1119  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1120  */
1121 void
1122 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1123 {
1124         pt_entry_t *endpte, oldpte, *pte;
1125
1126         oldpte = 0;
1127         pte = vtopte(sva);
1128         endpte = pte + count;
1129         while (pte < endpte) {
1130                 oldpte |= *pte;
1131                 pte_store(pte, VM_PAGE_TO_PHYS(*ma) | PG_G | PG_RW | PG_V);
1132                 pte++;
1133                 ma++;
1134         }
1135         if ((oldpte & PG_V) != 0)
1136                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1137                     PAGE_SIZE);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * This routine tears out page mappings from the
1142  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1143  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1144  */
1145 void
1146 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1147 {
1148         vm_offset_t va;
1149
1150         va = sva;
1151         while (count-- > 0) {
1152                 pmap_kremove(va);
1153                 va += PAGE_SIZE;
1154         }
1155         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1156 }
1157
1158 /***************************************************
1159  * Page table page management routines.....
1160  ***************************************************/
1161 static __inline void
1162 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1163 {
1164         vm_page_t m;
1165
1166         while (free != NULL) {
1167                 m = free;
1168                 free = m->right;
1169                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1170                 vm_page_free_toq(m);
1171         }
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1176  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1177  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1178  */
1179 static __inline void
1180 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1181 {
1182
1183         if (set_PG_ZERO)
1184                 m->flags |= PG_ZERO;
1185         else
1186                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1187         m->right = *free;
1188         *free = m;
1189 }
1190         
1191 /*
1192  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1193  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1194  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1195  * ordered by this virtual address range.
1196  */
1197 static void
1198 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1199 {
1200         vm_page_t root;
1201
1202         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1203         root = pmap->pm_root;
1204         if (root == NULL) {
1205                 mpte->left = NULL;
1206                 mpte->right = NULL;
1207         } else {
1208                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1209                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1210                         mpte->left = root->left;
1211                         mpte->right = root;
1212                         root->left = NULL;
1213                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1214                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1215                 else {
1216                         mpte->right = root->right;
1217                         mpte->left = root;
1218                         root->right = NULL;
1219                 }
1220         }
1221         pmap->pm_root = mpte;
1222 }
1223
1224 /*
1225  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1226  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1227  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1228  */
1229 static vm_page_t
1230 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1231 {
1232         vm_page_t mpte;
1233         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1234
1235         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1236         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1237                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1238                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1239                         mpte = NULL;
1240         }
1241         return (mpte);
1242 }
1243
1244 /*
1245  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1246  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1247  * the pmap's collection.
1248  */
1249 static void
1250 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1251 {
1252         vm_page_t root;
1253
1254         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1255         if (mpte != pmap->pm_root) {
1256                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1257                 KASSERT(mpte == root,
1258                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1259                     mpte, pmap));
1260         }
1261         if (mpte->left == NULL)
1262                 root = mpte->right;
1263         else {
1264                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1265                 root->right = mpte->right;
1266         }
1267         pmap->pm_root = root;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1272  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1273  */
1274 static __inline int
1275 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1276 {
1277
1278         --m->wire_count;
1279         if (m->wire_count == 0)
1280                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, free);
1281         else
1282                 return 0;
1283 }
1284
1285 static int 
1286 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, 
1287     vm_page_t *free)
1288 {
1289         vm_offset_t pteva;
1290
1291         /*
1292          * unmap the page table page
1293          */
1294         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1295                 /* PDP page */
1296                 pml4_entry_t *pml4;
1297                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1298                 pteva = (vm_offset_t) PDPmap + amd64_ptob(m->pindex - (NUPDE + NUPDPE));
1299                 *pml4 = 0;
1300         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1301                 /* PD page */
1302                 pdp_entry_t *pdp;
1303                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1304                 pteva = (vm_offset_t) PDmap + amd64_ptob(m->pindex - NUPDE);
1305                 *pdp = 0;
1306         } else {
1307                 /* PTE page */
1308                 pd_entry_t *pd;
1309                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1310                 pteva = (vm_offset_t) PTmap + amd64_ptob(m->pindex);
1311                 *pd = 0;
1312         }
1313         --pmap->pm_stats.resident_count;
1314         if (m->pindex < NUPDE) {
1315                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1316                 vm_page_t pdpg;
1317
1318                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1319                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, free);
1320         }
1321         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1322                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1323                 vm_page_t pdppg;
1324
1325                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1326                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, free);
1327         }
1328
1329         /*
1330          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1331          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1332          * down is begun.
1333          */
1334         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1335
1336         /*
1337          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1338          * take effect immediately.
1339          */
1340         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1341
1342         /* 
1343          * Put page on a list so that it is released after
1344          * *ALL* TLB shootdown is done
1345          */
1346         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1347         
1348         return 1;
1349 }
1350
1351 /*
1352  * After removing a page table entry, this routine is used to
1353  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1354  */
1355 static int
1356 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1357 {
1358         vm_page_t mpte;
1359
1360         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1361                 return 0;
1362         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1363         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1364         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, free);
1365 }
1366
1367 void
1368 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1369 {
1370
1371         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1372         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(KERNBASE + KPML4phys);
1373         pmap->pm_root = NULL;
1374         pmap->pm_active = 0;
1375         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1376         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1377 }
1378
1379 /*
1380  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1381  * such as one in a vmspace structure.
1382  */
1383 int
1384 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1385 {
1386         vm_page_t pml4pg;
1387         static vm_pindex_t color;
1388
1389         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1390
1391         /*
1392          * allocate the page directory page
1393          */
1394         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, color++, VM_ALLOC_NOOBJ |
1395             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1396                 VM_WAIT;
1397
1398         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1399
1400         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1401                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1402
1403         /* Wire in kernel global address entries. */
1404         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1405         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1406
1407         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1408         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1409
1410         pmap->pm_root = NULL;
1411         pmap->pm_active = 0;
1412         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1413         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1414
1415         return (1);
1416 }
1417
1418 /*
1419  * this routine is called if the page table page is not
1420  * mapped correctly.
1421  *
1422  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1423  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1424  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1425  * race conditions.
1426  */
1427 static vm_page_t
1428 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags)
1429 {
1430         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1431
1432         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1433             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1434             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1435
1436         /*
1437          * Allocate a page table page.
1438          */
1439         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1440             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1441                 if (flags & M_WAITOK) {
1442                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1443                         vm_page_unlock_queues();
1444                         VM_WAIT;
1445                         vm_page_lock_queues();
1446                         PMAP_LOCK(pmap);
1447                 }
1448
1449                 /*
1450                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1451                  * page may have been allocated.
1452                  */
1453                 return (NULL);
1454         }
1455         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1456                 pmap_zero_page(m);
1457
1458         /*
1459          * Map the pagetable page into the process address space, if
1460          * it isn't already there.
1461          */
1462
1463         pmap->pm_stats.resident_count++;
1464
1465         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1466                 pml4_entry_t *pml4;
1467                 vm_pindex_t pml4index;
1468
1469                 /* Wire up a new PDPE page */
1470                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1471                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1472                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1473
1474         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1475                 vm_pindex_t pml4index;
1476                 vm_pindex_t pdpindex;
1477                 pml4_entry_t *pml4;
1478                 pdp_entry_t *pdp;
1479
1480                 /* Wire up a new PDE page */
1481                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1482                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1483
1484                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1485                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1486                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1487                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1488                             flags) == NULL) {
1489                                 --m->wire_count;
1490                                 vm_page_free(m);
1491                                 return (NULL);
1492                         }
1493                 } else {
1494                         /* Add reference to pdp page */
1495                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1496                         pdppg->wire_count++;
1497                 }
1498                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1499
1500                 /* Now find the pdp page */
1501                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1502                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1503
1504         } else {
1505                 vm_pindex_t pml4index;
1506                 vm_pindex_t pdpindex;
1507                 pml4_entry_t *pml4;
1508                 pdp_entry_t *pdp;
1509                 pd_entry_t *pd;
1510
1511                 /* Wire up a new PTE page */
1512                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1513                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1514
1515                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1516                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1517                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1518                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1519                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1520                             flags) == NULL) {
1521                                 --m->wire_count;
1522                                 vm_page_free(m);
1523                                 return (NULL);
1524                         }
1525                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1526                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1527                 } else {
1528                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1529                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1530                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1531                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1532                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1533                                     flags) == NULL) {
1534                                         --m->wire_count;
1535                                         vm_page_free(m);
1536                                         return (NULL);
1537                                 }
1538                         } else {
1539                                 /* Add reference to the pd page */
1540                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1541                                 pdpg->wire_count++;
1542                         }
1543                 }
1544                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1545
1546                 /* Now we know where the page directory page is */
1547                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1548                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1549         }
1550
1551         return m;
1552 }
1553
1554 static vm_page_t
1555 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1556 {
1557         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1558         pdp_entry_t *pdpe;
1559         vm_page_t pdpg;
1560
1561         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1562             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1563             ("pmap_allocpde: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1564 retry:
1565         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1566         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1567                 /* Add a reference to the pd page. */
1568                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1569                 pdpg->wire_count++;
1570         } else {
1571                 /* Allocate a pd page. */
1572                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1573                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1574                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, flags);
1575                 if (pdpg == NULL && (flags & M_WAITOK))
1576                         goto retry;
1577         }
1578         return (pdpg);
1579 }
1580
1581 static vm_page_t
1582 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1583 {
1584         vm_pindex_t ptepindex;
1585         pd_entry_t *pd;
1586         vm_page_t m;
1587
1588         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1589             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1590             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1591
1592         /*
1593          * Calculate pagetable page index
1594          */
1595         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1596 retry:
1597         /*
1598          * Get the page directory entry
1599          */
1600         pd = pmap_pde(pmap, va);
1601
1602         /*
1603          * This supports switching from a 2MB page to a
1604          * normal 4K page.
1605          */
1606         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1607                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pd, va)) {
1608                         /*
1609                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1610                          * the deallocation of the underlying PD page.
1611                          */
1612                         pd = NULL;
1613                 }
1614         }
1615
1616         /*
1617          * If the page table page is mapped, we just increment the
1618          * hold count, and activate it.
1619          */
1620         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1621                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1622                 m->wire_count++;
1623         } else {
1624                 /*
1625                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1626                  * deallocated.
1627                  */
1628                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1629                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1630                         goto retry;
1631         }
1632         return (m);
1633 }
1634
1635
1636 /***************************************************
1637  * Pmap allocation/deallocation routines.
1638  ***************************************************/
1639
1640 /*
1641  * Release any resources held by the given physical map.
1642  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1643  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1644  */
1645 void
1646 pmap_release(pmap_t pmap)
1647 {
1648         vm_page_t m;
1649
1650         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1651             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1652             pmap->pm_stats.resident_count));
1653         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1654             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1655
1656         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1657
1658         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1659         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = 0;     /* Direct Map */
1660         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1661
1662         m->wire_count--;
1663         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1664         vm_page_free_zero(m);
1665         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1666 }
1667 \f
1668 static int
1669 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1670 {
1671         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1672
1673         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1674 }
1675 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1676     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1677
1678 static int
1679 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1680 {
1681         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1682
1683         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1684 }
1685 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1686     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1687
1688 /*
1689  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1690  */
1691 void
1692 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1693 {
1694         vm_paddr_t paddr;
1695         vm_page_t nkpg;
1696         pd_entry_t *pde, newpdir;
1697         pdp_entry_t *pdpe;
1698
1699         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1700
1701         /*
1702          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
1703          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
1704          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
1705          *
1706          * The correctness of this action is based on the following
1707          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
1708          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
1709          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
1710          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
1711          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
1712          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
1713          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
1714          * "KERNBASE".
1715          */
1716         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
1717                 return;
1718
1719         addr = roundup2(addr, NBPDR);
1720         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1721                 addr = kernel_map->max_offset;
1722         while (kernel_vm_end < addr) {
1723                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1724                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1725                         /* We need a new PDP entry */
1726                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
1727                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1728                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1729                         if (nkpg == NULL)
1730                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1731                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1732                                 pmap_zero_page(nkpg);
1733                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1734                         *pdpe = (pdp_entry_t)
1735                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1736                         continue; /* try again */
1737                 }
1738                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
1739                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1740                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1741                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1742                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1743                                 break;                       
1744                         }
1745                         continue;
1746                 }
1747
1748                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
1749                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1750                     VM_ALLOC_ZERO);
1751                 if (nkpg == NULL)
1752                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1753                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1754                         pmap_zero_page(nkpg);
1755                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1756                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1757                 pde_store(pde, newpdir);
1758
1759                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
1760                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1761                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1762                         break;                       
1763                 }
1764         }
1765 }
1766
1767
1768 /***************************************************
1769  * page management routines.
1770  ***************************************************/
1771
1772 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1773 CTASSERT(_NPCM == 3);
1774 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1775
1776 static __inline struct pv_chunk *
1777 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1778 {
1779
1780         return (struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK);
1781 }
1782
1783 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1784
1785 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1786 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1787 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1788
1789 static uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1790
1791 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1792         "Current number of pv entries");
1793
1794 #ifdef PV_STATS
1795 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1796
1797 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1798         "Current number of pv entry chunks");
1799 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1800         "Current number of pv entry chunks allocated");
1801 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1802         "Current number of pv entry chunks frees");
1803 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1804         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1805
1806 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
1807 static int pv_entry_spare;
1808
1809 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1810         "Current number of pv entry frees");
1811 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1812         "Current number of pv entry allocs");
1813 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1814         "Current number of spare pv entries");
1815
1816 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
1817
1818 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
1819         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
1820 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
1821         "Current number times pmap_collect called on active queue");
1822 #endif
1823
1824 /*
1825  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1826  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1827  * another pv entry chunk.  This is normally called to
1828  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
1829  *
1830  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1831  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1832  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1833  */
1834 static void
1835 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
1836 {
1837         struct md_page *pvh;
1838         pd_entry_t *pde;
1839         pmap_t pmap;
1840         pt_entry_t *pte, tpte;
1841         pv_entry_t next_pv, pv;
1842         vm_offset_t va;
1843         vm_page_t m, free;
1844
1845         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
1846                 if (m->hold_count || m->busy)
1847                         continue;
1848                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
1849                         va = pv->pv_va;
1850                         pmap = PV_PMAP(pv);
1851                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1852                         if (pmap > locked_pmap)
1853                                 PMAP_LOCK(pmap);
1854                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
1855                                 continue;
1856                         pmap->pm_stats.resident_count--;
1857                         pde = pmap_pde(pmap, va);
1858                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
1859                             " a 2mpage in page %p's pv list", m));
1860                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1861                         tpte = pte_load_clear(pte);
1862                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
1863                             ("pmap_collect: wired pte %#lx", tpte));
1864                         if (tpte & PG_A)
1865                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1866                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
1867                                 vm_page_dirty(m);
1868                         free = NULL;
1869                         pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
1870                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1871                         pmap_free_zero_pages(free);
1872                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1873                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
1874                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1875                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
1876                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
1877                         }
1878                         free_pv_entry(pmap, pv);
1879                         if (pmap != locked_pmap)
1880                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1881                 }
1882         }
1883 }
1884
1885
1886 /*
1887  * free the pv_entry back to the free list
1888  */
1889 static void
1890 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1891 {
1892         vm_page_t m;
1893         struct pv_chunk *pc;
1894         int idx, field, bit;
1895
1896         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1897         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1898         PV_STAT(pv_entry_frees++);
1899         PV_STAT(pv_entry_spare++);
1900         pv_entry_count--;
1901         pc = pv_to_chunk(pv);
1902         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1903         field = idx / 64;
1904         bit = idx % 64;
1905         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1906         /* move to head of list */
1907         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1908         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1909             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1910                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1911                 return;
1912         }
1913         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
1914         PV_STAT(pc_chunk_count--);
1915         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
1916         /* entire chunk is free, return it */
1917         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1918         dump_drop_page(m->phys_addr);
1919         vm_page_unwire(m, 0);
1920         vm_page_free(m);
1921 }
1922
1923 /*
1924  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1925  * when needed.
1926  */
1927 static pv_entry_t
1928 get_pv_entry(pmap_t pmap, int try)
1929 {
1930         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
1931         static struct timeval lastprint;
1932         static vm_pindex_t colour;
1933         struct vpgqueues *pq;
1934         int bit, field;
1935         pv_entry_t pv;
1936         struct pv_chunk *pc;
1937         vm_page_t m;
1938
1939         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1940         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1941         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
1942         pv_entry_count++;
1943         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
1944                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
1945                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
1946                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
1947                             "vm.pmap.pv_entry_max sysctl.\n");
1948         pq = NULL;
1949 retry:
1950         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1951         if (pc != NULL) {
1952                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1953                         if (pc->pc_map[field]) {
1954                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
1955                                 break;
1956                         }
1957                 }
1958                 if (field < _NPCM) {
1959                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1960                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1961                         /* If this was the last item, move it to tail */
1962                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1963                             pc->pc_map[2] == 0) {
1964                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1965                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1966                         }
1967                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
1968                         return (pv);
1969                 }
1970         }
1971         /* No free items, allocate another chunk */
1972         m = vm_page_alloc(NULL, colour, (pq == &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ?
1973             VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ |
1974             VM_ALLOC_WIRED);
1975         if (m == NULL) {
1976                 if (try) {
1977                         pv_entry_count--;
1978                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1979                         return (NULL);
1980                 }
1981                 /*
1982                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to inactive
1983                  * pages.  After that, if a pv chunk entry is still needed,
1984                  * destroy mappings to active pages.
1985                  */
1986                 if (pq == NULL) {
1987                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
1988                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
1989                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
1990                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
1991                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
1992                 } else
1993                         panic("get_pv_entry: increase vm.pmap.shpgperproc");
1994                 pmap_collect(pmap, pq);
1995                 goto retry;
1996         }
1997         PV_STAT(pc_chunk_count++);
1998         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
1999         colour++;
2000         dump_add_page(m->phys_addr);
2001         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2002         pc->pc_pmap = pmap;
2003         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2004         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2005         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2006         pv = &pc->pc_pventry[0];
2007         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2008         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2009         return (pv);
2010 }
2011
2012 /*
2013  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2014  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2015  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2016  * 2MB page mappings.
2017  */
2018 static __inline pv_entry_t
2019 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2020 {
2021         pv_entry_t pv;
2022
2023         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2024         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2025                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2026                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2027                         break;
2028                 }
2029         }
2030         return (pv);
2031 }
2032
2033 /*
2034  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2035  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2036  * entries for each of the 4KB page mappings.
2037  */
2038 static void
2039 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2040 {
2041         struct md_page *pvh;
2042         pv_entry_t pv;
2043         vm_offset_t va_last;
2044         vm_page_t m;
2045
2046         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2047         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2048             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2049
2050         /*
2051          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2052          * page's pv list.
2053          */
2054         pvh = pa_to_pvh(pa);
2055         va = trunc_2mpage(va);
2056         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2057         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2058         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2059         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2060         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2061         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2062         do {
2063                 m++;
2064                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0,
2065                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2066                 va += PAGE_SIZE;
2067                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2068         } while (va < va_last);
2069 }
2070
2071 /*
2072  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2073  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2074  * for the 2MB page mapping.
2075  */
2076 static void
2077 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2078 {
2079         struct md_page *pvh;
2080         pv_entry_t pv;
2081         vm_offset_t va_last;
2082         vm_page_t m;
2083
2084         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2085         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2086             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2087
2088         /*
2089          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2090          * 2mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2091          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2092          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2093          * removes one of the mappings that is being promoted.
2094          */
2095         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2096         va = trunc_2mpage(va);
2097         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2098         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2099         pvh = pa_to_pvh(pa);
2100         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2101         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2102         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2103         do {
2104                 m++;
2105                 va += PAGE_SIZE;
2106                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2107         } while (va < va_last);
2108 }
2109
2110 /*
2111  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2112  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2113  * page mappings.
2114  */
2115 static void
2116 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2117 {
2118         pv_entry_t pv;
2119
2120         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2121         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2122         free_pv_entry(pmap, pv);
2123 }
2124
2125 static void
2126 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2127 {
2128         struct md_page *pvh;
2129
2130         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2131         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2132         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2133                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2134                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2135                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2136         }
2137 }
2138
2139 /*
2140  * Create a pv entry for page at pa for
2141  * (pmap, va).
2142  */
2143 static void
2144 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2145 {
2146         pv_entry_t pv;
2147
2148         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2149         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2150         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2151         pv->pv_va = va;
2152         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2153 }
2154
2155 /*
2156  * Conditionally create a pv entry.
2157  */
2158 static boolean_t
2159 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2160 {
2161         pv_entry_t pv;
2162
2163         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2164         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2165         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2166             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2167                 pv->pv_va = va;
2168                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2169                 return (TRUE);
2170         } else
2171                 return (FALSE);
2172 }
2173
2174 /*
2175  * Create the pv entry for a 2MB page mapping.
2176  */
2177 static boolean_t
2178 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2179 {
2180         struct md_page *pvh;
2181         pv_entry_t pv;
2182
2183         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2184         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2185             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2186                 pv->pv_va = va;
2187                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2188                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2189                 return (TRUE);
2190         } else
2191                 return (FALSE);
2192 }
2193
2194 /*
2195  * Tries to demote a 2MB page mapping.
2196  */
2197 static boolean_t
2198 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2199 {
2200         pd_entry_t newpde, oldpde;
2201         pt_entry_t *firstpte, newpte, *pte;
2202         vm_paddr_t mptepa;
2203         vm_page_t free, mpte;
2204
2205         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2206         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2207         if (mpte != NULL)
2208                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2209         else {
2210                 KASSERT((*pde & PG_W) == 0,
2211                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2212                     " is missing"));
2213                 free = NULL;
2214                 pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free);
2215                 pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2216                 pmap_free_zero_pages(free);
2217                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2218                     " in pmap %p", va, pmap);
2219                 return (FALSE);
2220         }
2221         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2222         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2223         oldpde = *pde;
2224         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2225         KASSERT((oldpde & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V),
2226             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A and/or PG_V"));
2227         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2228             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2229         KASSERT((oldpde & PG_PS) != 0,
2230             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS"));
2231         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2232         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2233                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2234
2235         /*
2236          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2237          * entries.
2238          */
2239         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2240             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2241             " addresses"));
2242         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2243                 for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2244                         *pte = newpte;
2245                         newpte += PAGE_SIZE;
2246                 }
2247
2248         /*
2249          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2250          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2251          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2252          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2253          * the read above and the store below. 
2254          */
2255         pde_store(pde, newpde); 
2256
2257         /*
2258          * Invalidate a stale mapping of the page table page.
2259          */
2260         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2261
2262         /*
2263          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2264          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2265          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2266          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2267          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2268          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2269          * the 2mpage to referencing the page table page.
2270          */
2271         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2272                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2273
2274         pmap_pde_demotions++;
2275         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2276             " in pmap %p", va, pmap);
2277         return (TRUE);
2278 }
2279
2280 /*
2281  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2282  */
2283 static int
2284 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2285     vm_page_t *free)
2286 {
2287         struct md_page *pvh;
2288         pd_entry_t oldpde;
2289         vm_offset_t eva, va;
2290         vm_page_t m, mpte;
2291
2292         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2293         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2294             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2295         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2296         if (oldpde & PG_W)
2297                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2298
2299         /*
2300          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2301          * PG_G.
2302          */
2303         if (oldpde & PG_G)
2304                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2305         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2306         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2307                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2308                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2309                 eva = sva + NBPDR;
2310                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2311                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2312                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2313                                 vm_page_dirty(m);
2314                         if (oldpde & PG_A)
2315                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2316                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2317                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2318                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2319                 }
2320         }
2321         if (pmap == kernel_pmap) {
2322                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2323                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2324         } else {
2325                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2326                 if (mpte != NULL) {
2327                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2328                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2329                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2330                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2331                         mpte->wire_count = 0;
2332                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2333                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2334                 }
2335         }
2336         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2337 }
2338
2339 /*
2340  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2341  */
2342 static int
2343 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2344     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
2345 {
2346         pt_entry_t oldpte;
2347         vm_page_t m;
2348
2349         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2350         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2351         if (oldpte & PG_W)
2352                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2353         /*
2354          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2355          * PG_G.
2356          */
2357         if (oldpte & PG_G)
2358                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
2359         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2360         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2361                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2362                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2363                         vm_page_dirty(m);
2364                 if (oldpte & PG_A)
2365                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2366                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2367         }
2368         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2369 }
2370
2371 /*
2372  * Remove a single page from a process address space
2373  */
2374 static void
2375 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2376 {
2377         pt_entry_t *pte;
2378
2379         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2380         if ((*pde & PG_V) == 0)
2381                 return;
2382         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2383         if ((*pte & PG_V) == 0)
2384                 return;
2385         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free);
2386         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2387 }
2388
2389 /*
2390  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2391  *
2392  *      It is assumed that the start and end are properly
2393  *      rounded to the page size.
2394  */
2395 void
2396 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2397 {
2398         vm_offset_t va_next;
2399         pml4_entry_t *pml4e;
2400         pdp_entry_t *pdpe;
2401         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2402         pt_entry_t *pte;
2403         vm_page_t free = NULL;
2404         int anyvalid;
2405
2406         /*
2407          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2408          */
2409         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2410                 return;
2411
2412         anyvalid = 0;
2413
2414         vm_page_lock_queues();
2415         PMAP_LOCK(pmap);
2416
2417         /*
2418          * special handling of removing one page.  a very
2419          * common operation and easy to short circuit some
2420          * code.
2421          */
2422         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2423                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2424                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2425                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2426                         goto out;
2427                 }
2428         }
2429
2430         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2431
2432                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2433                         break;
2434
2435                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2436                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2437                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2438                         if (va_next < sva)
2439                                 va_next = eva;
2440                         continue;
2441                 }
2442
2443                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2444                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2445                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2446                         if (va_next < sva)
2447                                 va_next = eva;
2448                         continue;
2449                 }
2450
2451                 /*
2452                  * Calculate index for next page table.
2453                  */
2454                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2455                 if (va_next < sva)
2456                         va_next = eva;
2457
2458                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2459                 ptpaddr = *pde;
2460
2461                 /*
2462                  * Weed out invalid mappings.
2463                  */
2464                 if (ptpaddr == 0)
2465                         continue;
2466
2467                 /*
2468                  * Check for large page.
2469                  */
2470                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2471                         /*
2472                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2473                          * demote the mapping and fall through.
2474                          */
2475                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2476                                 /*
2477                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2478                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2479                                  */
2480                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2481                                         anyvalid = 1;
2482                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2483                                 continue;
2484                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2485                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2486                                 continue;
2487                         } else
2488                                 ptpaddr = *pde;
2489                 }
2490
2491                 /*
2492                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2493                  * by the current page table page, or to the end of the
2494                  * range being removed.
2495                  */
2496                 if (va_next > eva)
2497                         va_next = eva;
2498
2499                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2500                     sva += PAGE_SIZE) {
2501                         if (*pte == 0)
2502                                 continue;
2503
2504                         /*
2505                          * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated
2506                          * by pmap_remove_pte().
2507                          */
2508                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2509                                 anyvalid = 1;
2510                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free))
2511                                 break;
2512                 }
2513         }
2514 out:
2515         if (anyvalid)
2516                 pmap_invalidate_all(pmap);
2517         vm_page_unlock_queues();        
2518         PMAP_UNLOCK(pmap);
2519         pmap_free_zero_pages(free);
2520 }
2521
2522 /*
2523  *      Routine:        pmap_remove_all
2524  *      Function:
2525  *              Removes this physical page from
2526  *              all physical maps in which it resides.
2527  *              Reflects back modify bits to the pager.
2528  *
2529  *      Notes:
2530  *              Original versions of this routine were very
2531  *              inefficient because they iteratively called
2532  *              pmap_remove (slow...)
2533  */
2534
2535 void
2536 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2537 {
2538         struct md_page *pvh;
2539         pv_entry_t pv;
2540         pmap_t pmap;
2541         pt_entry_t *pte, tpte;
2542         pd_entry_t *pde;
2543         vm_offset_t va;
2544         vm_page_t free;
2545
2546         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0,
2547             ("pmap_remove_all: page %p is fictitious", m));
2548         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2549         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2550         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2551                 va = pv->pv_va;
2552                 pmap = PV_PMAP(pv);
2553                 PMAP_LOCK(pmap);
2554                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2555                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2556                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2557         }
2558         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2559                 pmap = PV_PMAP(pv);
2560                 PMAP_LOCK(pmap);
2561                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2562                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2563                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2564                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2565                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
2566                 tpte = pte_load_clear(pte);
2567                 if (tpte & PG_W)
2568                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2569                 if (tpte & PG_A)
2570                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2571
2572                 /*
2573                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2574                  */
2575                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2576                         vm_page_dirty(m);
2577                 free = NULL;
2578                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
2579                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2580                 pmap_free_zero_pages(free);
2581                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2582                 free_pv_entry(pmap, pv);
2583                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2584         }
2585         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2586 }
2587
2588 /*
2589  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
2590  */
2591 static boolean_t
2592 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
2593 {
2594         pd_entry_t newpde, oldpde;
2595         vm_offset_t eva, va;
2596         vm_page_t m;
2597         boolean_t anychanged;
2598
2599         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2600         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2601             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2602         anychanged = FALSE;
2603 retry:
2604         oldpde = newpde = *pde;
2605         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2606                 eva = sva + NBPDR;
2607                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2608                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2609                         /*
2610                          * In contrast to the analogous operation on a 4KB page
2611                          * mapping, the mapping's PG_A flag is not cleared and
2612                          * the page's PG_REFERENCED flag is not set.  The
2613                          * reason is that pmap_demote_pde() expects that a 2MB
2614                          * page mapping with a stored page table page has PG_A
2615                          * set.
2616                          */
2617                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2618                                 vm_page_dirty(m);
2619                 }
2620         }
2621         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2622                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
2623         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2624                 newpde |= pg_nx;
2625         if (newpde != oldpde) {
2626                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
2627                         goto retry;
2628                 if (oldpde & PG_G)
2629                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2630                 else
2631                         anychanged = TRUE;
2632         }
2633         return (anychanged);
2634 }
2635
2636 /*
2637  *      Set the physical protection on the
2638  *      specified range of this map as requested.
2639  */
2640 void
2641 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2642 {
2643         vm_offset_t va_next;
2644         pml4_entry_t *pml4e;
2645         pdp_entry_t *pdpe;
2646         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2647         pt_entry_t *pte;
2648         int anychanged;
2649
2650         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2651                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2652                 return;
2653         }
2654
2655         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
2656             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
2657                 return;
2658
2659         anychanged = 0;
2660
2661         vm_page_lock_queues();
2662         PMAP_LOCK(pmap);
2663         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2664
2665                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2666                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2667                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2668                         if (va_next < sva)
2669                                 va_next = eva;
2670                         continue;
2671                 }
2672
2673                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2674                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2675                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2676                         if (va_next < sva)
2677                                 va_next = eva;
2678                         continue;
2679                 }
2680
2681                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2682                 if (va_next < sva)
2683                         va_next = eva;
2684
2685                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2686                 ptpaddr = *pde;
2687
2688                 /*
2689                  * Weed out invalid mappings.
2690                  */
2691                 if (ptpaddr == 0)
2692                         continue;
2693
2694                 /*
2695                  * Check for large page.
2696                  */
2697                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2698                         /*
2699                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
2700                          * demote the mapping and fall through.
2701                          */
2702                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2703                                 /*
2704                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2705                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
2706                                  */
2707                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
2708                                         anychanged = 1;
2709                                 continue;
2710                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2711                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2712                                 continue;
2713                         }
2714                 }
2715
2716                 if (va_next > eva)
2717                         va_next = eva;
2718
2719                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2720                     sva += PAGE_SIZE) {
2721                         pt_entry_t obits, pbits;
2722                         vm_page_t m;
2723
2724 retry:
2725                         obits = pbits = *pte;
2726                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2727                                 continue;
2728                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2729                                 m = NULL;
2730                                 if (pbits & PG_A) {
2731                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2732                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2733                                         pbits &= ~PG_A;
2734                                 }
2735                                 if ((pbits & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
2736                                         if (m == NULL)
2737                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
2738                                                     PG_FRAME);
2739                                         vm_page_dirty(m);
2740                                 }
2741                         }
2742
2743                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2744                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
2745                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2746                                 pbits |= pg_nx;
2747
2748                         if (pbits != obits) {
2749                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
2750                                         goto retry;
2751                                 if (obits & PG_G)
2752                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2753                                 else
2754                                         anychanged = 1;
2755                         }
2756                 }
2757         }
2758         if (anychanged)
2759                 pmap_invalidate_all(pmap);
2760         vm_page_unlock_queues();
2761         PMAP_UNLOCK(pmap);
2762 }
2763
2764 /*
2765  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
2766  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
2767  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
2768  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
2769  * identical characteristics. 
2770  */
2771 static void
2772 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2773 {
2774         pd_entry_t newpde;
2775         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
2776         vm_offset_t oldpteva;
2777         vm_page_t mpte;
2778
2779         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2780
2781         /*
2782          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
2783          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
2784          * within a 2MB page. 
2785          */
2786         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
2787 setpde:
2788         newpde = *firstpte;
2789         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
2790                 pmap_pde_p_failures++;
2791                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
2792                     " in pmap %p", va, pmap);
2793                 return;
2794         }
2795         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
2796                 /*
2797                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
2798                  * a TLB invalidation.
2799                  */
2800                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
2801                         goto setpde;
2802                 newpde &= ~PG_RW;
2803         }
2804
2805         /*
2806          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
2807          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
2808          * characteristics to the first PTE.
2809          */
2810         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
2811         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
2812 setpte:
2813                 oldpte = *pte;
2814                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
2815                         pmap_pde_p_failures++;
2816                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
2817                             " in pmap %p", va, pmap);
2818                         return;
2819                 }
2820                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
2821                         /*
2822                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
2823                          * without a TLB invalidation.
2824                          */
2825                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
2826                                 goto setpte;
2827                         oldpte &= ~PG_RW;
2828                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
2829                             (va & ~PDRMASK);
2830                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
2831                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
2832                 }
2833                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
2834                         pmap_pde_p_failures++;
2835                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
2836                             " in pmap %p", va, pmap);
2837                         return;
2838                 }
2839                 pa -= PAGE_SIZE;
2840         }
2841
2842         /*
2843          * Save the page table page in its current state until the PDE
2844          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
2845          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
2846          */
2847         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
2848         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2849             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2850             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
2851         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
2852             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
2853         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
2854
2855         /*
2856          * Promote the pv entries.
2857          */
2858         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
2859                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
2860
2861         /*
2862          * Propagate the PAT index to its proper position.
2863          */
2864         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
2865                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2866
2867         /*
2868          * Map the superpage.
2869          */
2870         pde_store(pde, PG_PS | newpde);
2871
2872         pmap_pde_promotions++;
2873         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
2874             " in pmap %p", va, pmap);
2875 }
2876
2877 /*
2878  *      Insert the given physical page (p) at
2879  *      the specified virtual address (v) in the
2880  *      target physical map with the protection requested.
2881  *
2882  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2883  *      that the related pte can not be reclaimed.
2884  *
2885  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2886  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2887  *      insert this page into the given map NOW.
2888  */
2889 void
2890 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
2891     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
2892 {
2893         vm_paddr_t pa;
2894         pd_entry_t *pde;
2895         pt_entry_t *pte;
2896         vm_paddr_t opa;
2897         pt_entry_t origpte, newpte;
2898         vm_page_t mpte, om;
2899         boolean_t invlva;
2900
2901         va = trunc_page(va);
2902         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
2903         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
2904             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va));
2905
2906         mpte = NULL;
2907
2908         vm_page_lock_queues();
2909         PMAP_LOCK(pmap);
2910
2911         /*
2912          * In the case that a page table page is not
2913          * resident, we are creating it here.
2914          */
2915         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2916                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
2917         }
2918
2919         pde = pmap_pde(pmap, va);
2920         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2921                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2922                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2923                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2924         } else
2925                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2926
2927         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2928         om = NULL;
2929         origpte = *pte;
2930         opa = origpte & PG_FRAME;
2931
2932         /*
2933          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2934          */
2935         if (origpte && (opa == pa)) {
2936                 /*
2937                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2938                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2939                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2940                  * the PT page will be also.
2941                  */
2942                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2943                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2944                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2945                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2946
2947                 /*
2948                  * Remove extra pte reference
2949                  */
2950                 if (mpte)
2951                         mpte->wire_count--;
2952
2953                 /*
2954                  * We might be turning off write access to the page,
2955                  * so we go ahead and sense modify status.
2956                  */
2957                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2958                         om = m;
2959                         pa |= PG_MANAGED;
2960                 }
2961                 goto validate;
2962         } 
2963         /*
2964          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2965          * handle validating new mapping.
2966          */
2967         if (opa) {
2968                 if (origpte & PG_W)
2969                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2970                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2971                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2972                         pmap_remove_entry(pmap, om, va);
2973                 }
2974                 if (mpte != NULL) {
2975                         mpte->wire_count--;
2976                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
2977                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2978                              " va: 0x%lx", va));
2979                 }
2980         } else
2981                 pmap->pm_stats.resident_count++;
2982
2983         /*
2984          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2985          */
2986         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
2987                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
2988                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
2989                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2990                 pa |= PG_MANAGED;
2991         }
2992
2993         /*
2994          * Increment counters
2995          */
2996         if (wired)
2997                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2998
2999 validate:
3000         /*
3001          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3002          */
3003         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_V);
3004         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3005                 newpte |= PG_RW;
3006                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3007         }
3008         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3009                 newpte |= pg_nx;
3010         if (wired)
3011                 newpte |= PG_W;
3012         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3013                 newpte |= PG_U;
3014         if (pmap == kernel_pmap)
3015                 newpte |= PG_G;
3016
3017         /*
3018          * if the mapping or permission bits are different, we need
3019          * to update the pte.
3020          */
3021         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3022                 newpte |= PG_A;
3023                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3024                         newpte |= PG_M;
3025                 if (origpte & PG_V) {
3026                         invlva = FALSE;
3027                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3028                         if (origpte & PG_A) {
3029                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3030                                         vm_page_flag_set(om, PG_REFERENCED);
3031                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m) || ((origpte &
3032                                     PG_NX) == 0 && (newpte & PG_NX)))
3033                                         invlva = TRUE;
3034                         }
3035                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3036                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3037                                         vm_page_dirty(om);
3038                                 if ((newpte & PG_RW) == 0)
3039                                         invlva = TRUE;
3040                         }
3041                         if (invlva)
3042                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3043                 } else
3044                         pte_store(pte, newpte);
3045         }
3046
3047         /*
3048          * If both the page table page and the reservation are fully
3049          * populated, then attempt promotion.
3050          */
3051         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3052             pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3053                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3054
3055         vm_page_unlock_queues();
3056         PMAP_UNLOCK(pmap);
3057 }
3058
3059 /*
3060  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3061  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3062  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3063  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3064  */
3065 static boolean_t
3066 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3067 {
3068         pd_entry_t *pde, newpde;
3069         vm_page_t free, mpde;
3070
3071         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3072         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3073         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
3074                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3075                     " in pmap %p", va, pmap);
3076                 return (FALSE);
3077         }
3078         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3079         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3080         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3081                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3082                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3083                 mpde->wire_count--;
3084                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3085                     " in pmap %p", va, pmap);
3086                 return (FALSE);
3087         }
3088         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_PS | PG_V;
3089         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3090                 newpde |= PG_MANAGED;
3091
3092                 /*
3093                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3094                  */
3095                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3096                         free = NULL;
3097                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpde, &free)) {
3098                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3099                                 pmap_free_zero_pages(free);
3100                         }
3101                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3102                             " in pmap %p", va, pmap);
3103                         return (FALSE);
3104                 }
3105         }
3106         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3107                 newpde |= pg_nx;
3108         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3109                 newpde |= PG_U;
3110
3111         /*
3112          * Increment counters.
3113          */
3114         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3115
3116         /*
3117          * Map the superpage.
3118          */
3119         pde_store(pde, newpde);
3120
3121         pmap_pde_mappings++;
3122         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3123             " in pmap %p", va, pmap);
3124         return (TRUE);
3125 }
3126
3127 /*
3128  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3129  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3130  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3131  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3132  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3133  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3134  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3135  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3136  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3137  * corresponding offset from m_start are mapped.
3138  */
3139 void
3140 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3141     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3142 {
3143         vm_offset_t va;
3144         vm_page_t m, mpte;
3145         vm_pindex_t diff, psize;
3146
3147         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3148         psize = atop(end - start);
3149         mpte = NULL;
3150         m = m_start;
3151         PMAP_LOCK(pmap);
3152         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3153                 va = start + ptoa(diff);
3154                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3155                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3156                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3157                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3158                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3159                 else
3160                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3161                             mpte);
3162                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3163         }
3164         PMAP_UNLOCK(pmap);
3165 }
3166
3167 /*
3168  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3169  * 1. Current pmap & pmap exists.
3170  * 2. Not wired.
3171  * 3. Read access.
3172  * 4. No page table pages.
3173  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3174  */
3175
3176 void
3177 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3178 {
3179
3180         PMAP_LOCK(pmap);
3181         (void) pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3182         PMAP_UNLOCK(pmap);
3183 }
3184
3185 static vm_page_t
3186 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3187     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3188 {
3189         vm_page_t free;
3190         pt_entry_t *pte;
3191         vm_paddr_t pa;
3192
3193         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3194             (m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0,
3195             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3196         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3197         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3198
3199         /*
3200          * In the case that a page table page is not
3201          * resident, we are creating it here.
3202          */
3203         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3204                 vm_pindex_t ptepindex;
3205                 pd_entry_t *ptepa;
3206
3207                 /*
3208                  * Calculate pagetable page index
3209                  */
3210                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3211                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3212                         mpte->wire_count++;
3213                 } else {
3214                         /*
3215                          * Get the page directory entry
3216                          */
3217                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3218
3219                         /*
3220                          * If the page table page is mapped, we just increment
3221                          * the hold count, and activate it.
3222                          */
3223                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3224                                 if (*ptepa & PG_PS)
3225                                         return (NULL);
3226                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3227                                 mpte->wire_count++;
3228                         } else {
3229                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3230                                     M_NOWAIT);
3231                                 if (mpte == NULL)
3232                                         return (mpte);
3233                         }
3234                 }
3235         } else {
3236                 mpte = NULL;
3237         }
3238
3239         /*
3240          * This call to vtopte makes the assumption that we are
3241          * entering the page into the current pmap.  In order to support
3242          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte.
3243          * But that isn't as quick as vtopte.
3244          */
3245         pte = vtopte(va);
3246         if (*pte) {
3247                 if (mpte != NULL) {
3248                         mpte->wire_count--;
3249                         mpte = NULL;
3250                 }
3251                 return (mpte);
3252         }
3253
3254         /*
3255          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3256          */
3257         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0 &&
3258             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3259                 if (mpte != NULL) {
3260                         free = NULL;
3261                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &free)) {
3262                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3263                                 pmap_free_zero_pages(free);
3264                         }
3265                         mpte = NULL;
3266                 }
3267                 return (mpte);
3268         }
3269
3270         /*
3271          * Increment counters
3272          */
3273         pmap->pm_stats.resident_count++;
3274
3275         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3276         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3277                 pa |= pg_nx;
3278
3279         /*
3280          * Now validate mapping with RO protection
3281          */
3282         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
3283                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3284         else
3285                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3286         return mpte;
3287 }
3288
3289 /*
3290  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3291  * to be used for panic dumps.
3292  */
3293 void *
3294 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3295 {
3296         vm_offset_t va;
3297
3298         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3299         pmap_kenter(va, pa);
3300         invlpg(va);
3301         return ((void *)crashdumpmap);
3302 }
3303
3304 /*
3305  * This code maps large physical mmap regions into the
3306  * processor address space.  Note that some shortcuts
3307  * are taken, but the code works.
3308  */
3309 void
3310 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3311     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3312 {
3313         vm_offset_t va;
3314         vm_page_t p, pdpg;
3315
3316         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3317         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE,
3318             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3319         if (((addr & (NBPDR - 1)) == 0) && ((size & (NBPDR - 1)) == 0)) {
3320                 vm_page_t m[1];
3321                 pd_entry_t ptepa, *pde;
3322
3323                 PMAP_LOCK(pmap);
3324                 pde = pmap_pde(pmap, addr);
3325                 if (pde != 0 && (*pde & PG_V) != 0)
3326                         goto out;
3327                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3328 retry:
3329                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3330                 if (p != NULL) {
3331                         if (vm_page_sleep_if_busy(p, FALSE, "init4p"))
3332                                 goto retry;
3333                 } else {
3334                         p = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL);
3335                         if (p == NULL)
3336                                 return;
3337                         m[0] = p;
3338
3339                         if (vm_pager_get_pages(object, m, 1, 0) != VM_PAGER_OK) {
3340                                 vm_page_lock_queues();
3341                                 vm_page_free(p);
3342                                 vm_page_unlock_queues();
3343                                 return;
3344                         }
3345
3346                         p = vm_page_lookup(object, pindex);
3347                         vm_page_wakeup(p);
3348                 }
3349
3350                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3351                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3352                         return;
3353
3354                 p->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
3355
3356                 PMAP_LOCK(pmap);
3357                 for (va = addr; va < addr + size; va += NBPDR) {
3358                         while ((pdpg =
3359                             pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
3360                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3361                                 vm_page_busy(p);
3362                                 VM_OBJECT_UNLOCK(object);
3363                                 VM_WAIT;
3364                                 VM_OBJECT_LOCK(object);
3365                                 vm_page_wakeup(p);
3366                                 PMAP_LOCK(pmap);
3367                         }
3368                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3369                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3370                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3371                                 pde_store(pde, ptepa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3372                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3373                                 pmap->pm_stats.resident_count +=
3374                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
3375                         } else {
3376                                 pdpg->wire_count--;
3377                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3378                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3379                                      "to page directory page, va: 0x%lx", va));
3380                         }
3381                         ptepa += NBPDR;
3382                 }
3383                 pmap_invalidate_all(pmap);
3384 out:
3385                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3386         }
3387 }
3388
3389 /*
3390  *      Routine:        pmap_change_wiring
3391  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3392  *                      pair.
3393  *      In/out conditions:
3394  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3395  */
3396 void
3397 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3398 {
3399         pd_entry_t *pde;
3400         pt_entry_t *pte;
3401         boolean_t are_queues_locked;
3402
3403         are_queues_locked = FALSE;
3404
3405         /*
3406          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3407          * invalidate TLB.
3408          */
3409 retry:
3410         PMAP_LOCK(pmap);
3411         pde = pmap_pde(pmap, va);
3412         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3413                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3414                         if (!are_queues_locked) {
3415                                 are_queues_locked = TRUE;
3416                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3417                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3418                                         vm_page_lock_queues();
3419                                         goto retry;
3420                                 }
3421                         }
3422                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3423                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3424                 } else
3425                         goto out;
3426         }
3427         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3428         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
3429                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3430                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3431         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
3432                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3433                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3434         }
3435 out:
3436         if (are_queues_locked)
3437                 vm_page_unlock_queues();
3438         PMAP_UNLOCK(pmap);
3439 }
3440
3441
3442
3443 /*
3444  *      Copy the range specified by src_addr/len
3445  *      from the source map to the range dst_addr/len
3446  *      in the destination map.
3447  *
3448  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3449  */
3450
3451 void
3452 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3453     vm_offset_t src_addr)
3454 {
3455         vm_page_t   free;
3456         vm_offset_t addr;
3457         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3458         vm_offset_t va_next;
3459
3460         if (dst_addr != src_addr)
3461                 return;
3462
3463         if (!pmap_is_current(src_pmap))
3464                 return;
3465
3466         vm_page_lock_queues();
3467         if (dst_pmap < src_pmap) {
3468                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3469                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3470         } else {
3471                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3472                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3473         }
3474         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
3475                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3476                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
3477                 pml4_entry_t *pml4e;
3478                 pdp_entry_t *pdpe;
3479                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
3480
3481                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3482                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3483
3484                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
3485                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3486                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
3487                         if (va_next < addr)
3488                                 va_next = end_addr;
3489                         continue;
3490                 }
3491
3492                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
3493                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3494                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
3495                         if (va_next < addr)
3496                                 va_next = end_addr;
3497                         continue;
3498                 }
3499
3500                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3501                 if (va_next < addr)
3502                         va_next = end_addr;
3503
3504                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
3505                 srcptepaddr = *pde;
3506                 if (srcptepaddr == 0)
3507                         continue;
3508                         
3509                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3510                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, M_NOWAIT);
3511                         if (dstmpde == NULL)
3512                                 break;
3513                         pde = (pd_entry_t *)
3514                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
3515                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3516                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3517                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3518                             PG_PS_FRAME))) {
3519                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
3520                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
3521                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
3522                         } else
3523                                 dstmpde->wire_count--;
3524                         continue;
3525                 }
3526
3527                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
3528                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3529                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3530
3531                 if (va_next > end_addr)
3532                         va_next = end_addr;
3533
3534                 src_pte = vtopte(addr);
3535                 while (addr < va_next) {
3536                         pt_entry_t ptetemp;
3537                         ptetemp = *src_pte;
3538                         /*
3539                          * we only virtual copy managed pages
3540                          */
3541                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3542                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
3543                                     M_NOWAIT);
3544                                 if (dstmpte == NULL)
3545                                         break;
3546                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
3547                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
3548                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
3549                                 if (*dst_pte == 0 &&
3550                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3551                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3552                                         /*
3553                                          * Clear the wired, modified, and
3554                                          * accessed (referenced) bits
3555                                          * during the copy.
3556                                          */
3557                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3558                                             PG_A);
3559                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
3560                                 } else {
3561                                         free = NULL;
3562                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3563                                             addr, dstmpte, &free)) {
3564                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3565                                                     addr);
3566                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3567                                         }
3568                                 }
3569                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3570                                         break;
3571                         }
3572                         addr += PAGE_SIZE;
3573                         src_pte++;
3574                 }
3575         }
3576         vm_page_unlock_queues();
3577         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3578         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3579 }       
3580
3581 /*
3582  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
3583  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3584  */
3585 void
3586 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3587 {
3588         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3589
3590         pagezero((void *)va);
3591 }
3592
3593 /*
3594  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3595  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3596  *
3597  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3598  */
3599 void
3600 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3601 {
3602         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3603
3604         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3605                 pagezero((void *)va);
3606         else
3607                 bzero((char *)va + off, size);
3608 }
3609
3610 /*
3611  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
3612  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
3613  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
3614  *      outside of Giant.
3615  */
3616 void
3617 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
3618 {
3619         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3620
3621         pagezero((void *)va);
3622 }
3623
3624 /*
3625  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3626  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3627  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3628  *      time.
3629  */
3630 void
3631 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3632 {
3633         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3634         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3635
3636         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3637 }
3638
3639 /*
3640  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3641  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3642  * be changed upwards or downwards in the future; it
3643  * is only necessary that true be returned for a small
3644  * subset of pmaps for proper page aging.
3645  */
3646 boolean_t
3647 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3648 {
3649         struct md_page *pvh;
3650         pv_entry_t pv;
3651         int loops = 0;
3652
3653         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3654                 return FALSE;
3655
3656         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3657         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3658                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3659                         return TRUE;
3660                 }
3661                 loops++;
3662                 if (loops >= 16)
3663                         break;
3664         }
3665         if (loops < 16) {
3666                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3667                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3668                         if (PV_PMAP(pv) == pmap)
3669                                 return (TRUE);
3670                         loops++;
3671                         if (loops >= 16)
3672                                 break;
3673                 }
3674         }
3675         return (FALSE);
3676 }
3677
3678 /*
3679  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
3680  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
3681  */
3682 boolean_t
3683 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3684 {
3685         struct md_page *pvh;
3686
3687         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0)
3688                 return (FALSE);
3689         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3690         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
3691                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3692                 return (!TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list));
3693         } else
3694                 return (TRUE);
3695 }
3696
3697 /*
3698  * Remove all pages from specified address space
3699  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3700  * is special cased for current process only, but
3701  * can have the more generic (and slightly slower)
3702  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3703  * in the case of running down an entire address space.
3704  */
3705 void
3706 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3707 {
3708         pd_entry_t *pde;
3709         pt_entry_t *pte, tpte;
3710         vm_page_t free = NULL;
3711         vm_page_t m, mpte, mt;
3712         pv_entry_t pv;
3713         struct md_page *pvh;
3714         struct pv_chunk *pc, *npc;
3715         int field, idx;
3716         int64_t bit;
3717         uint64_t inuse, bitmask;
3718         int allfree;
3719
3720         if (pmap != vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace)) {
3721                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
3722                 return;
3723         }
3724         vm_page_lock_queues();
3725         PMAP_LOCK(pmap);
3726         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3727                 allfree = 1;
3728                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3729                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
3730                         while (inuse != 0) {
3731                                 bit = bsfq(inuse);
3732                                 bitmask = 1UL << bit;
3733                                 idx = field * 64 + bit;
3734                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3735                                 inuse &= ~bitmask;
3736
3737                                 pde = vtopde(pv->pv_va);
3738                                 tpte = *pde;
3739                                 if ((tpte & PG_PS) != 0)
3740                                         pte = pde;
3741                                 else {
3742                                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3743                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
3744                                 }
3745
3746                                 if (tpte == 0) {
3747                                         printf(
3748                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08lx\n",
3749                                             pte, pv->pv_va);
3750                                         panic("bad pte");
3751                                 }
3752
3753 /*
3754  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3755  */
3756                                 if (tpte & PG_W) {
3757                                         allfree = 0;
3758                                         continue;
3759                                 }
3760
3761                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3762                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
3763                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
3764                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
3765                                     (uintmax_t)tpte));
3766
3767                                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3768                                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
3769                                         (uintmax_t)tpte));
3770
3771                                 pte_clear(pte);
3772
3773                                 /*
3774                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3775                                  */
3776                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3777                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
3778                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3779                                                         vm_page_dirty(mt);
3780                                         } else
3781                                                 vm_page_dirty(m);
3782                                 }
3783
3784                                 /* Mark free */
3785                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
3786                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
3787                                 pv_entry_count--;
3788                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3789                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
3790                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3791                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
3792                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
3793                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3794                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3795                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
3796                                                                 vm_page_flag_clear(mt, PG_WRITEABLE);
3797                                         }
3798                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3799                                         if (mpte != NULL) {
3800                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3801                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3802                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3803                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
3804                                                 mpte->wire_count = 0;
3805                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
3806                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
3807                                         }
3808                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va,
3809                                             *pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va), &free);
3810                                 } else {
3811                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
3812                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3813                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
3814                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3815                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3816                                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3817                                         }
3818                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3819                                 }
3820                         }
3821                 }
3822                 if (allfree) {
3823                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
3824                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
3825                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
3826                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3827                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3828                         dump_drop_page(m->phys_addr);
3829                         vm_page_unwire(m, 0);
3830                         vm_page_free(m);
3831                 }
3832         }
3833         pmap_invalidate_all(pmap);
3834         vm_page_unlock_queues();
3835         PMAP_UNLOCK(pmap);
3836         pmap_free_zero_pages(free);
3837 }
3838
3839 /*
3840  *      pmap_is_modified:
3841  *
3842  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3843  *      in any physical maps.
3844  */
3845 boolean_t
3846 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3847 {
3848
3849         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3850                 return (FALSE);
3851         if (pmap_is_modified_pvh(&m->md))
3852                 return (TRUE);
3853         return (pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
3854 }
3855
3856 /*
3857  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
3858  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
3859  * mappings are supported.
3860  */
3861 static boolean_t
3862 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
3863 {
3864         pv_entry_t pv;
3865         pt_entry_t *pte;
3866         pmap_t pmap;
3867         boolean_t rv;
3868
3869         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3870         rv = FALSE;
3871         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3872                 pmap = PV_PMAP(pv);
3873                 PMAP_LOCK(pmap);
3874                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
3875                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
3876                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3877                 if (rv)
3878                         break;
3879         }
3880         return (rv);
3881 }
3882
3883 /*
3884  *      pmap_is_prefaultable:
3885  *
3886  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
3887  *      for prefault.
3888  */
3889 boolean_t
3890 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3891 {
3892         pd_entry_t *pde;
3893         pt_entry_t *pte;
3894         boolean_t rv;
3895
3896         rv = FALSE;
3897         PMAP_LOCK(pmap);
3898         pde = pmap_pde(pmap, addr);
3899         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
3900                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
3901                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
3902         }
3903         PMAP_UNLOCK(pmap);
3904         return (rv);
3905 }
3906
3907 /*
3908  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3909  */
3910 void
3911 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3912 {
3913         struct md_page *pvh;
3914         pmap_t pmap;
3915         pv_entry_t next_pv, pv;
3916         pd_entry_t *pde;
3917         pt_entry_t oldpte, *pte;
3918         vm_offset_t va;
3919
3920         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3921             (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
3922                 return;
3923         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3924         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3925         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
3926                 va = pv->pv_va;
3927                 pmap = PV_PMAP(pv);
3928                 PMAP_LOCK(pmap);
3929                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3930                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
3931                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3932                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3933         }
3934         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3935                 pmap = PV_PMAP(pv);
3936                 PMAP_LOCK(pmap);
3937                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3938                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
3939                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3940                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3941 retry:
3942                 oldpte = *pte;
3943                 if (oldpte & PG_RW) {
3944                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
3945                             ~(PG_RW | PG_M)))
3946                                 goto retry;
3947                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
3948                                 vm_page_dirty(m);
3949                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3950                 }
3951                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3952         }
3953         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3954 }
3955
3956 /*
3957  *      pmap_ts_referenced:
3958  *
3959  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3960  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3961  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3962  *      reference bits set.
3963  *
3964  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3965  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3966  *      optimal aging of shared pages.
3967  */
3968 int
3969 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3970 {
3971         struct md_page *pvh;
3972         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3973         pmap_t pmap;
3974         pd_entry_t oldpde, *pde;
3975         pt_entry_t *pte;
3976         vm_offset_t va;
3977         int rtval = 0;
3978
3979         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3980                 return (rtval);
3981         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3982         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3983         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
3984                 va = pv->pv_va;
3985                 pmap = PV_PMAP(pv);
3986                 PMAP_LOCK(pmap);
3987                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3988                 oldpde = *pde;
3989                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
3990                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
3991                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
3992                                         /*
3993                                          * Remove the mapping to a single page
3994                                          * so that a subsequent access may
3995                                          * repromote.  Since the underlying
3996                                          * page table page is fully populated,
3997                                          * this removal never frees a page
3998                                          * table page.
3999                                          */
4000                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4001                                             PG_PS_FRAME);
4002                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4003                                         rtval++;
4004                                         if (rtval > 4) {
4005                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4006                                                 return (rtval);
4007                                         }
4008                                 }
4009                         }
4010                 }
4011                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4012         }
4013         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4014                 pvf = pv;
4015                 do {
4016                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4017                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4018                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4019                         pmap = PV_PMAP(pv);
4020                         PMAP_LOCK(pmap);
4021                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4022                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4023                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4024                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4025                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4026                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4027                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4028                                 rtval++;
4029                                 if (rtval > 4)
4030                                         pvn = NULL;
4031                         }
4032                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4033                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4034         }
4035         return (rtval);
4036 }
4037
4038 /*
4039  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4040  */
4041 void
4042 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4043 {
4044         struct md_page *pvh;
4045         pmap_t pmap;
4046         pv_entry_t next_pv, pv;
4047         pd_entry_t oldpde, *pde;
4048         pt_entry_t oldpte, *pte;
4049         vm_offset_t va;
4050
4051         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4052                 return;
4053         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4054         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4055         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4056                 va = pv->pv_va;
4057                 pmap = PV_PMAP(pv);
4058                 PMAP_LOCK(pmap);
4059                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4060                 oldpde = *pde;
4061                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4062                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4063                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4064                                         /*
4065                                          * Write protect the mapping to a
4066                                          * single page so that a subsequent
4067                                          * write access may repromote.
4068                                          */
4069                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4070                                             PG_PS_FRAME);
4071                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4072                                         oldpte = *pte;
4073                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4074                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4075                                                     oldpte,
4076                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4077                                                         oldpte = *pte;
4078                                                 vm_page_dirty(m);
4079                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4080                                         }
4081                                 }
4082                         }
4083                 }
4084                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4085         }
4086         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4087                 pmap = PV_PMAP(pv);
4088                 PMAP_LOCK(pmap);
4089                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4090                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4091                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4092                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4093                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4094                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4095                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4096                 }
4097                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4098         }
4099 }
4100
4101 /*
4102  *      pmap_clear_reference:
4103  *
4104  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4105  */
4106 void
4107 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4108 {
4109         struct md_page *pvh;
4110         pmap_t pmap;
4111         pv_entry_t next_pv, pv;
4112         pd_entry_t oldpde, *pde;
4113         pt_entry_t *pte;
4114         vm_offset_t va;
4115
4116         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4117                 return;
4118         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4119         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4120         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4121                 va = pv->pv_va;
4122                 pmap = PV_PMAP(pv);
4123                 PMAP_LOCK(pmap);
4124                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4125                 oldpde = *pde;
4126                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4127                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4128                                 /*
4129                                  * Remove the mapping to a single page so
4130                                  * that a subsequent access may repromote.
4131                                  * Since the underlying page table page is
4132                                  * fully populated, this removal never frees
4133                                  * a page table page.
4134                                  */
4135                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4136                                     PG_PS_FRAME);
4137                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4138                         }
4139                 }
4140                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4141         }
4142         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4143                 pmap = PV_PMAP(pv);
4144                 PMAP_LOCK(pmap);
4145                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4146                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4147                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4148                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4149                 if (*pte & PG_A) {
4150                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4151                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4152                 }
4153                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4154         }
4155 }
4156
4157 /*
4158  * Miscellaneous support routines follow
4159  */
4160
4161 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4162 static __inline void
4163 pmap_pte_attr(vm_offset_t va, int mode)
4164 {
4165         pt_entry_t *pte;
4166         u_int opte, npte;
4167
4168         pte = vtopte(va);
4169
4170         /*
4171          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4172          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4173          */
4174         do {
4175                 opte = *(u_int *)pte;
4176                 npte = opte & ~(PG_PTE_PAT | PG_NC_PCD | PG_NC_PWT);
4177                 npte |= pmap_cache_bits(mode, 0);
4178         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4179 }
4180
4181 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4182 static __inline void
4183 pmap_pde_attr(vm_offset_t va, int mode)
4184 {
4185         pd_entry_t *pde;
4186         u_int opde, npde;
4187
4188         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
4189
4190         /*
4191          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4192          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4193          */
4194         do {
4195                 opde = *(u_int *)pde;
4196                 npde = opde & ~(PG_PDE_PAT | PG_NC_PCD | PG_NC_PWT);
4197                 npde |= pmap_cache_bits(mode, 1);
4198         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4199 }
4200
4201 /*
4202  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4203  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4204  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4205  * NOT real memory.
4206  */
4207 void *
4208 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4209 {
4210         vm_offset_t va, tmpva, offset;
4211
4212         /*
4213          * If this fits within the direct map window and use WB caching
4214          * mode, use the direct map.
4215          */
4216         if (pa < dmaplimit && (pa + size) < dmaplimit && mode == PAT_WRITE_BACK)
4217                 return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4218         offset = pa & PAGE_MASK;
4219         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4220         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4221         if (!va)
4222                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4223         pa = trunc_page(pa);
4224         for (tmpva = va; size > 0; ) {
4225                 pmap_kenter_attr(tmpva, pa, mode);
4226                 size -= PAGE_SIZE;
4227                 tmpva += PAGE_SIZE;
4228                 pa += PAGE_SIZE;
4229         }
4230         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4231         pmap_invalidate_cache();
4232         return ((void *)(va + offset));
4233 }
4234
4235 void *
4236 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4237 {
4238
4239         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4240 }
4241
4242 void *
4243 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4244 {
4245
4246         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4247 }
4248
4249 void
4250 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4251 {
4252         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4253
4254         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
4255         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
4256                 return;
4257         base = trunc_page(va);
4258         offset = va & PAGE_MASK;
4259         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4260         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4261                 pmap_kremove(tmpva);
4262         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4263         kmem_free(kernel_map, base, size);
4264 }
4265
4266 int
4267 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4268 {
4269         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4270         pd_entry_t *pde;
4271         pt_entry_t *pte;
4272
4273         base = trunc_page(va);
4274         offset = va & PAGE_MASK;
4275         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4276
4277         /* Only supported on kernel virtual addresses. */
4278         if (base <= VM_MAXUSER_ADDRESS)
4279                 return (EINVAL);
4280
4281         /*
4282          * XXX: We have to support tearing 2MB pages down into 4k pages if
4283          * needed here.
4284          */
4285         /* Pages that aren't mapped aren't supported. */
4286         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); ) {
4287                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
4288                 if (*pde == 0)
4289                         return (EINVAL);
4290                 if (*pde & PG_PS) {
4291                         /* Handle 2MB pages that are completely contained. */
4292                         if (size >= NBPDR) {
4293                                 tmpva += NBPDR;
4294                                 continue;
4295                         }
4296                         return (EINVAL);
4297                 }
4298                 pte = vtopte(va);
4299                 if (*pte == 0)
4300                         return (EINVAL);
4301                 tmpva += PAGE_SIZE;
4302         }
4303
4304         /*
4305          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
4306          * cache mode.
4307          */
4308         for (tmpva = base; size > 0; ) {
4309                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
4310                 if (*pde & PG_PS) {
4311                         pmap_pde_attr(tmpva, mode);
4312                         tmpva += NBPDR;
4313                         size -= NBPDR;
4314                 } else {
4315                         pmap_pte_attr(tmpva, mode);
4316                         tmpva += PAGE_SIZE;
4317                         size -= PAGE_SIZE;
4318                 }
4319         }
4320
4321         /*
4322          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that shouldn't
4323          * be, etc.
4324          */    
4325         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
4326         pmap_invalidate_cache();
4327         return (0);
4328 }
4329
4330 /*
4331  * perform the pmap work for mincore
4332  */
4333 int
4334 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4335 {
4336         pd_entry_t *pdep;
4337         pt_entry_t pte;
4338         vm_paddr_t pa;
4339         vm_page_t m;
4340         int val = 0;
4341         
4342         PMAP_LOCK(pmap);
4343         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
4344         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
4345                 if (*pdep & PG_PS) {
4346                         pte = *pdep;
4347                         val = MINCORE_SUPER;
4348                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
4349                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
4350                             PG_FRAME;
4351                 } else {
4352                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
4353                         pa = pte & PG_FRAME;
4354                 }
4355         } else {
4356                 pte = 0;
4357                 pa = 0;
4358         }
4359         PMAP_UNLOCK(pmap);
4360
4361         if (pte != 0) {
4362                 val |= MINCORE_INCORE;
4363                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
4364                         return val;
4365
4366                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4367
4368                 /*
4369                  * Modified by us
4370                  */
4371                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4372                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4373                 else {
4374                         /*
4375                          * Modified by someone else
4376                          */
4377                         vm_page_lock_queues();
4378                         if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
4379                                 val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4380                         vm_page_unlock_queues();
4381                 }
4382                 /*
4383                  * Referenced by us
4384                  */
4385                 if (pte & PG_A)
4386                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4387                 else {
4388                         /*
4389                          * Referenced by someone else
4390                          */
4391                         vm_page_lock_queues();
4392                         if ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
4393                             pmap_ts_referenced(m)) {
4394                                 val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4395                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4396                         }
4397                         vm_page_unlock_queues();
4398                 }
4399         } 
4400         return val;
4401 }
4402
4403 void
4404 pmap_activate(struct thread *td)
4405 {
4406         pmap_t  pmap, oldpmap;
4407         u_int64_t  cr3;
4408
4409         critical_enter();
4410         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4411         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4412 #ifdef SMP
4413 if (oldpmap)    /* XXX FIXME */
4414         atomic_clear_int(&oldpmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4415         atomic_set_int(&pmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4416 #else
4417 if (oldpmap)    /* XXX FIXME */
4418         oldpmap->pm_active &= ~PCPU_GET(cpumask);
4419         pmap->pm_active |= PCPU_GET(cpumask);
4420 #endif
4421         cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
4422         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
4423         load_cr3(cr3);
4424         critical_exit();
4425 }
4426
4427 vm_offset_t
4428 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
4429 {
4430
4431         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
4432                 return addr;
4433         }
4434
4435         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
4436         return addr;
4437 }
4438
4439 /*
4440  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4441  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4442  */
4443 void
4444 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4445     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4446 {
4447         vm_offset_t superpage_offset;
4448
4449         if (size < NBPDR)
4450                 return;
4451         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4452                 offset += ptoa(object->pg_color);
4453         superpage_offset = offset & PDRMASK;
4454         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
4455             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
4456                 return;
4457         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
4458                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4459         else
4460                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4461 }