]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.0.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Copy stable/9 to releng/9.0 as part of the FreeBSD 9.0-RELEASE release
[FreeBSD/releng/9.0.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #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_pmap.h"
109 #include "opt_vm.h"
110
111 #include <sys/param.h>
112 #include <sys/systm.h>
113 #include <sys/kernel.h>
114 #include <sys/ktr.h>
115 #include <sys/lock.h>
116 #include <sys/malloc.h>
117 #include <sys/mman.h>
118 #include <sys/mutex.h>
119 #include <sys/proc.h>
120 #include <sys/sx.h>
121 #include <sys/vmmeter.h>
122 #include <sys/sched.h>
123 #include <sys/sysctl.h>
124 #ifdef SMP
125 #include <sys/smp.h>
126 #else
127 #include <sys/cpuset.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 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
157 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
158 #else
159 #define PMAP_INLINE     extern inline
160 #endif
161 #else
162 #define PMAP_INLINE
163 #endif
164
165 #define PV_STATS
166 #ifdef PV_STATS
167 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
168 #else
169 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
170 #endif
171
172 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
173 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
174
175 struct pmap kernel_pmap_store;
176
177 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
178 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
179
180 static int ndmpdp;
181 static vm_paddr_t dmaplimit;
182 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
183 pt_entry_t pg_nx;
184
185 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
186
187 static int pat_works = 1;
188 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
189     "Is page attribute table fully functional?");
190
191 static int pg_ps_enabled = 1;
192 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
193     "Are large page mappings enabled?");
194
195 #define PAT_INDEX_SIZE  8
196 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
197
198 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
199 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
200 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
201 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
202
203 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
204 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
205
206 /*
207  * Data for the pv entry allocation mechanism
208  */
209 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
210 static struct md_page *pv_table;
211 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
212
213 /*
214  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
215  */
216 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
217 caddr_t CADDR1 = 0;
218
219 /*
220  * Crashdump maps.
221  */
222 static caddr_t crashdumpmap;
223
224 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
225 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, int try);
226 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
227 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
228 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
229 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
230 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
231                     vm_offset_t va);
232 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
233
234 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
235 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
236 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
237     vm_offset_t va);
238 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
239     vm_prot_t prot);
240 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
241     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
242 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
243 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
244 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
245 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
246 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
247 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
248 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
249 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
250 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
251     vm_prot_t prot);
252 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
253 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
254                 vm_page_t *free);
255 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
256                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free);
257 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
258 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
259     vm_page_t *free);
260 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
261                 vm_offset_t va);
262 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
263 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
264     vm_page_t m);
265 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
266     pd_entry_t newpde);
267 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
268
269 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
270 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
271
272 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags);
273 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
274                 vm_page_t* free);
275 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
276 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
277
278 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
279 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
280
281 /*
282  * Move the kernel virtual free pointer to the next
283  * 2MB.  This is used to help improve performance
284  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
285  * (.text, .data, .bss)
286  */
287 static vm_offset_t
288 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
289 {
290         vm_offset_t newaddr = addr;
291
292         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
293         return (newaddr);
294 }
295
296 /********************/
297 /* Inline functions */
298 /********************/
299
300 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
301 static __inline vm_pindex_t
302 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
303 {
304         return (va >> PDRSHIFT);
305 }
306
307
308 /* Return various clipped indexes for a given VA */
309 static __inline vm_pindex_t
310 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
311 {
312
313         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
314 }
315
316 static __inline vm_pindex_t
317 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
318 {
319
320         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
321 }
322
323 static __inline vm_pindex_t
324 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
325 {
326
327         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
328 }
329
330 static __inline vm_pindex_t
331 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
332 {
333
334         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
335 }
336
337 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
338 static __inline pml4_entry_t *
339 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
340 {
341
342         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
343 }
344
345 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
346 static __inline pdp_entry_t *
347 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
348 {
349         pdp_entry_t *pdpe;
350
351         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
352         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
353 }
354
355 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
356 static __inline pdp_entry_t *
357 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
358 {
359         pml4_entry_t *pml4e;
360
361         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
362         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
363                 return (NULL);
364         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
365 }
366
367 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
368 static __inline pd_entry_t *
369 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
370 {
371         pd_entry_t *pde;
372
373         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
374         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
375 }
376
377 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
378 static __inline pd_entry_t *
379 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
380 {
381         pdp_entry_t *pdpe;
382
383         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
384         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
385                 return (NULL);
386         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
387 }
388
389 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
390 static __inline pt_entry_t *
391 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
392 {
393         pt_entry_t *pte;
394
395         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
396         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
397 }
398
399 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
400 static __inline pt_entry_t *
401 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
402 {
403         pd_entry_t *pde;
404
405         pde = pmap_pde(pmap, va);
406         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
407                 return (NULL);
408         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
409                 return ((pt_entry_t *)pde);
410         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
411 }
412
413 static __inline void
414 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
415 {
416
417         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
418         pmap->pm_stats.resident_count += count;
419 }
420
421 static __inline void
422 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
423 {
424
425         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
426         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
427 }
428
429 PMAP_INLINE pt_entry_t *
430 vtopte(vm_offset_t va)
431 {
432         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
433
434         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
435 }
436
437 static __inline pd_entry_t *
438 vtopde(vm_offset_t va)
439 {
440         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
441
442         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
443 }
444
445 static u_int64_t
446 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
447 {
448         u_int64_t ret;
449
450         ret = *firstaddr;
451         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
452         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
453         return (ret);
454 }
455
456 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
457
458 static void
459 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
460 {
461         int i, j, ndm1g;
462
463         /* Allocate pages */
464         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
465         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
466         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
467         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
468
469         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
470         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
471                 ndmpdp = 4;
472         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
473         ndm1g = 0;
474         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
475                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
476         if (ndm1g < ndmpdp)
477                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
478         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
479
480         /* Fill in the underlying page table pages */
481         /* Read-only from zero to physfree */
482         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
483         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
484                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
485                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
486         }
487
488         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
489         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
490                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
491                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
492         }
493
494         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
495         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
496         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
497                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
498                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
499         }
500
501         /* And connect up the PD to the PDP */
502         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
503                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
504                     (i << PAGE_SHIFT);
505                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
506         }
507
508         /*
509          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
510          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
511          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
512          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
513          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
514          * that are partially used. 
515          */
516         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
517                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
518                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
519                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
520                     PG_M | PG_A;
521         }
522         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
523                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
524                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
525                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
526                     PG_M | PG_A;
527         }
528         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
529                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (j << PAGE_SHIFT);
530                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
531         }
532
533         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
534         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
535         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
536
537         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
538         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
539                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] = DMPDPphys +
540                     (i << PAGE_SHIFT);
541                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
542         }
543
544         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
545         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
546         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
547 }
548
549 /*
550  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
551  *
552  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
553  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
554  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
555  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
556  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
557  *      (physical) address starting relative to 0]
558  */
559 void
560 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
561 {
562         vm_offset_t va;
563         pt_entry_t *pte, *unused;
564
565         /*
566          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
567          */
568         create_pagetables(firstaddr);
569
570         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
571         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
572
573         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
574
575
576         /* XXX do %cr0 as well */
577         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
578         load_cr3(KPML4phys);
579
580         /*
581          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
582          */
583         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
584         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
585         kernel_pmap->pm_root = NULL;
586         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
587         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
588
589         /*
590          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
591          * mapping of pages.
592          */
593 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
594         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
595
596         va = virtual_avail;
597         pte = vtopte(va);
598
599         /*
600          * CMAP1 is only used for the memory test.
601          */
602         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
603
604         /*
605          * Crashdump maps.
606          */
607         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
608
609         virtual_avail = va;
610
611         /* Initialize the PAT MSR. */
612         pmap_init_pat();
613 }
614
615 /*
616  * Setup the PAT MSR.
617  */
618 void
619 pmap_init_pat(void)
620 {
621         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
622         uint64_t pat_msr;
623         u_long cr0, cr4;
624         int i;
625
626         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
627         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
628                 panic("no PAT??");
629
630         /* Set default PAT index table. */
631         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
632                 pat_table[i] = -1;
633         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
634         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
635         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
636         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
637         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
638         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
639
640         /* Initialize default PAT entries. */
641         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
642             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
643             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
644             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
645             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
646             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
647             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
648             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
649
650         if (pat_works) {
651                 /*
652                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
653                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
654                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
655                  */
656                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
657                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
658                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
659                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
660                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
661                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
662         } else {
663                 /*
664                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
665                  */
666                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
667                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
668                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
669         }
670
671         /* Disable PGE. */
672         cr4 = rcr4();
673         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
674
675         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
676         cr0 = rcr0();
677         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
678
679         /* Flushes caches and TLBs. */
680         wbinvd();
681         invltlb();
682
683         /* Update PAT and index table. */
684         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
685         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
686                 pat_index[i] = pat_table[i];
687
688         /* Flush caches and TLBs again. */
689         wbinvd();
690         invltlb();
691
692         /* Restore caches and PGE. */
693         load_cr0(cr0);
694         load_cr4(cr4);
695 }
696
697 /*
698  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
699  */
700 void
701 pmap_page_init(vm_page_t m)
702 {
703
704         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
705         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
706 }
707
708 /*
709  *      Initialize the pmap module.
710  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
711  *      system needs to map virtual memory.
712  */
713 void
714 pmap_init(void)
715 {
716         vm_page_t mpte;
717         vm_size_t s;
718         int i, pv_npg;
719
720         /*
721          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
722          * page table pages.
723          */ 
724         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
725                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
726                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
727                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
728                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
729                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
730                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
731         }
732
733         /*
734          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
735          * high water mark so that the system can recover from excessive
736          * numbers of pv entries.
737          */
738         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
739         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
740         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
741         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
742
743         /*
744          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
745          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
746          * machine monitor.
747          */
748         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
749             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
750                 workaround_erratum383 = 1;
751
752         /*
753          * Are large page mappings enabled?
754          */
755         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
756         if (pg_ps_enabled) {
757                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
758                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
759                 pagesizes[1] = NBPDR;
760         }
761
762         /*
763          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
764          */
765         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
766         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
767
768         /*
769          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
770          */
771         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
772         s = round_page(s);
773         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
774         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
775                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
776 }
777
778 static int
779 pmap_pventry_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
780 {
781         int error;
782
783         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
784         if (error == 0 && req->newptr) {
785                 shpgperproc = (pv_entry_max - cnt.v_page_count) / maxproc;
786                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
787         }
788         return (error);
789 }
790 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW, 
791     &pv_entry_max, 0, pmap_pventry_proc, "IU", "Max number of PV entries");
792
793 static int
794 pmap_shpgperproc_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
795 {
796         int error;
797
798         error = sysctl_handle_int(oidp, oidp->oid_arg1, oidp->oid_arg2, req);
799         if (error == 0 && req->newptr) {
800                 pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
801                 pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
802         }
803         return (error);
804 }
805 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW, 
806     &shpgperproc, 0, pmap_shpgperproc_proc, "IU", "Page share factor per proc");
807
808 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
809     "2MB page mapping counters");
810
811 static u_long pmap_pde_demotions;
812 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
813     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
814
815 static u_long pmap_pde_mappings;
816 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
817     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
818
819 static u_long pmap_pde_p_failures;
820 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
821     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
822
823 static u_long pmap_pde_promotions;
824 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
825     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
826
827 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
828     "1GB page mapping counters");
829
830 static u_long pmap_pdpe_demotions;
831 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
832     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
833
834 /***************************************************
835  * Low level helper routines.....
836  ***************************************************/
837
838 /*
839  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
840  * caching mode.
841  */
842 static int
843 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
844 {
845         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
846
847         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
848                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
849
850         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
851         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
852
853         /* Map the caching mode to a PAT index. */
854         pat_idx = pat_index[mode];
855
856         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
857         cache_bits = 0;
858         if (pat_idx & 0x4)
859                 cache_bits |= pat_flag;
860         if (pat_idx & 0x2)
861                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
862         if (pat_idx & 0x1)
863                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
864         return (cache_bits);
865 }
866
867 /*
868  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
869  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
870  * calling processor's TLB is affected.
871  *
872  * The calling thread must be pinned to a processor.
873  */
874 static void
875 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
876 {
877         u_long cr4;
878
879         if ((newpde & PG_PS) == 0)
880                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
881                 invlpg(va);
882         else if ((newpde & PG_G) == 0)
883                 /*
884                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
885                  * because there are too many to flush individually.
886                  */
887                 invltlb();
888         else {
889                 /*
890                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
891                  * including any global (PG_G) mappings.
892                  */
893                 cr4 = rcr4();
894                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
895                 /*
896                  * Although preemption at this point could be detrimental to
897                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
898                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
899                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
900                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
901                  */
902                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
903         }
904 }
905 #ifdef SMP
906 /*
907  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
908  *
909  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
910  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
911  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
912  * processor could cache an old, pre-update entry without being
913  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
914  * active on another processor after its pm_active field is checked by
915  * one of the following functions but before a store updating the page
916  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
917  * processor before its pm_active field is checked but due to
918  * speculative loads one of the following functions stills reads the
919  * pmap as inactive on the other processor.
920  * 
921  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
922  * immutable.  The kernel page table is always active on every
923  * processor.
924  */
925 void
926 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
927 {
928         cpuset_t other_cpus;
929         u_int cpuid;
930
931         sched_pin();
932         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
933                 invlpg(va);
934                 smp_invlpg(va);
935         } else {
936                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
937                 other_cpus = all_cpus;
938                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
939                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
940                         invlpg(va);
941                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
942                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
943                         smp_masked_invlpg(other_cpus, va);
944         }
945         sched_unpin();
946 }
947
948 void
949 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
950 {
951         cpuset_t other_cpus;
952         vm_offset_t addr;
953         u_int cpuid;
954
955         sched_pin();
956         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
957                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
958                         invlpg(addr);
959                 smp_invlpg_range(sva, eva);
960         } else {
961                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
962                 other_cpus = all_cpus;
963                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
964                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
965                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
966                                 invlpg(addr);
967                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
968                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
969                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, sva, eva);
970         }
971         sched_unpin();
972 }
973
974 void
975 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
976 {
977         cpuset_t other_cpus;
978         u_int cpuid;
979
980         sched_pin();
981         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
982                 invltlb();
983                 smp_invltlb();
984         } else {
985                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
986                 other_cpus = all_cpus;
987                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
988                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
989                         invltlb();
990                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
991                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
992                         smp_masked_invltlb(other_cpus);
993         }
994         sched_unpin();
995 }
996
997 void
998 pmap_invalidate_cache(void)
999 {
1000
1001         sched_pin();
1002         wbinvd();
1003         smp_cache_flush();
1004         sched_unpin();
1005 }
1006
1007 struct pde_action {
1008         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1009         vm_offset_t va;
1010         pd_entry_t *pde;
1011         pd_entry_t newpde;
1012         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1013 };
1014
1015 static void
1016 pmap_update_pde_action(void *arg)
1017 {
1018         struct pde_action *act = arg;
1019
1020         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1021                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1022 }
1023
1024 static void
1025 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1026 {
1027         struct pde_action *act = arg;
1028
1029         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1030                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1031 }
1032
1033 /*
1034  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1035  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1036  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1037  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1038  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1039  * hardware error.
1040  */
1041 static void
1042 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1043 {
1044         struct pde_action act;
1045         cpuset_t active, other_cpus;
1046         u_int cpuid;
1047
1048         sched_pin();
1049         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1050         other_cpus = all_cpus;
1051         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1052         if (pmap == kernel_pmap)
1053                 active = all_cpus;
1054         else
1055                 active = pmap->pm_active;
1056         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1057                 act.store = cpuid;
1058                 act.invalidate = active;
1059                 act.va = va;
1060                 act.pde = pde;
1061                 act.newpde = newpde;
1062                 CPU_SET(cpuid, &active);
1063                 smp_rendezvous_cpus(active,
1064                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1065                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1066         } else {
1067                 pde_store(pde, newpde);
1068                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1069                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1070         }
1071         sched_unpin();
1072 }
1073 #else /* !SMP */
1074 /*
1075  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1076  * We inline these within pmap.c for speed.
1077  */
1078 PMAP_INLINE void
1079 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1080 {
1081
1082         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1083                 invlpg(va);
1084 }
1085
1086 PMAP_INLINE void
1087 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1088 {
1089         vm_offset_t addr;
1090
1091         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1092                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1093                         invlpg(addr);
1094 }
1095
1096 PMAP_INLINE void
1097 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1098 {
1099
1100         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1101                 invltlb();
1102 }
1103
1104 PMAP_INLINE void
1105 pmap_invalidate_cache(void)
1106 {
1107
1108         wbinvd();
1109 }
1110
1111 static void
1112 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1113 {
1114
1115         pde_store(pde, newpde);
1116         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1117                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1118 }
1119 #endif /* !SMP */
1120
1121 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1122
1123 void
1124 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1125 {
1126
1127         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1128             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1129         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1130             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1131
1132         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1133                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1134         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1135             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1136
1137                 /*
1138                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1139                  * instruction to insure that previous stores are
1140                  * included in the write-back.  The processor
1141                  * propagates flush to other processors in the cache
1142                  * coherence domain.
1143                  */
1144                 mfence();
1145                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1146                         clflush(sva);
1147                 mfence();
1148         } else {
1149
1150                 /*
1151                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1152                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1153                  * Globally invalidate cache.
1154                  */
1155                 pmap_invalidate_cache();
1156         }
1157 }
1158
1159 /*
1160  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1161  *
1162  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1163  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1164  * when moving pages into a different cache domain.
1165  */
1166 void
1167 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1168 {
1169         vm_offset_t daddr, eva;
1170         int i;
1171
1172         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1173             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1174                 pmap_invalidate_cache();
1175         else {
1176                 mfence();
1177                 for (i = 0; i < count; i++) {
1178                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1179                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1180                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1181                                 clflush(daddr);
1182                 }
1183                 mfence();
1184         }
1185 }
1186
1187 /*
1188  * Are we current address space or kernel?
1189  */
1190 static __inline int
1191 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1192 {
1193         return (pmap == kernel_pmap ||
1194             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1195 }
1196
1197 /*
1198  *      Routine:        pmap_extract
1199  *      Function:
1200  *              Extract the physical page address associated
1201  *              with the given map/virtual_address pair.
1202  */
1203 vm_paddr_t 
1204 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1205 {
1206         pdp_entry_t *pdpe;
1207         pd_entry_t *pde;
1208         pt_entry_t *pte;
1209         vm_paddr_t pa;
1210
1211         pa = 0;
1212         PMAP_LOCK(pmap);
1213         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1214         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1215                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1216                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1217                 else {
1218                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1219                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1220                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1221                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1222                                             (va & PDRMASK);
1223                                 } else {
1224                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1225                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1226                                             (va & PAGE_MASK);
1227                                 }
1228                         }
1229                 }
1230         }
1231         PMAP_UNLOCK(pmap);
1232         return (pa);
1233 }
1234
1235 /*
1236  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1237  *      Function:
1238  *              Atomically extract and hold the physical page
1239  *              with the given pmap and virtual address pair
1240  *              if that mapping permits the given protection.
1241  */
1242 vm_page_t
1243 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1244 {
1245         pd_entry_t pde, *pdep;
1246         pt_entry_t pte;
1247         vm_paddr_t pa;
1248         vm_page_t m;
1249
1250         pa = 0;
1251         m = NULL;
1252         PMAP_LOCK(pmap);
1253 retry:
1254         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1255         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1256                 if (pde & PG_PS) {
1257                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1258                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde & PG_PS_FRAME) |
1259                                        (va & PDRMASK), &pa))
1260                                         goto retry;
1261                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1262                                     (va & PDRMASK));
1263                                 vm_page_hold(m);
1264                         }
1265                 } else {
1266                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1267                         if ((pte & PG_V) &&
1268                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1269                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME, &pa))
1270                                         goto retry;
1271                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1272                                 vm_page_hold(m);
1273                         }
1274                 }
1275         }
1276         PA_UNLOCK_COND(pa);
1277         PMAP_UNLOCK(pmap);
1278         return (m);
1279 }
1280
1281 vm_paddr_t
1282 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1283 {
1284         pd_entry_t pde;
1285         vm_paddr_t pa;
1286
1287         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1288                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1289         } else {
1290                 pde = *vtopde(va);
1291                 if (pde & PG_PS) {
1292                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1293                 } else {
1294                         /*
1295                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1296                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1297                          * be used to access the PTE because it would use the
1298                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1299                          * because the page table page is preserved by the
1300                          * promotion.
1301                          */
1302                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1303                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1304                 }
1305         }
1306         return (pa);
1307 }
1308
1309 /***************************************************
1310  * Low level mapping routines.....
1311  ***************************************************/
1312
1313 /*
1314  * Add a wired page to the kva.
1315  * Note: not SMP coherent.
1316  */
1317 PMAP_INLINE void 
1318 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1319 {
1320         pt_entry_t *pte;
1321
1322         pte = vtopte(va);
1323         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1324 }
1325
1326 static __inline void
1327 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1328 {
1329         pt_entry_t *pte;
1330
1331         pte = vtopte(va);
1332         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1333 }
1334
1335 /*
1336  * Remove a page from the kernel pagetables.
1337  * Note: not SMP coherent.
1338  */
1339 PMAP_INLINE void
1340 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1341 {
1342         pt_entry_t *pte;
1343
1344         pte = vtopte(va);
1345         pte_clear(pte);
1346 }
1347
1348 /*
1349  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1350  *      virtual address space.
1351  *
1352  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1353  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1354  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1355  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1356  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1357  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1358  *      region.
1359  */
1360 vm_offset_t
1361 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1362 {
1363         return PHYS_TO_DMAP(start);
1364 }
1365
1366
1367 /*
1368  * Add a list of wired pages to the kva
1369  * this routine is only used for temporary
1370  * kernel mappings that do not need to have
1371  * page modification or references recorded.
1372  * Note that old mappings are simply written
1373  * over.  The page *must* be wired.
1374  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1375  */
1376 void
1377 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1378 {
1379         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1380         vm_page_t m;
1381
1382         oldpte = 0;
1383         pte = vtopte(sva);
1384         endpte = pte + count;
1385         while (pte < endpte) {
1386                 m = *ma++;
1387                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1388                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1389                         oldpte |= *pte;
1390                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1391                 }
1392                 pte++;
1393         }
1394         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1395                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1396                     PAGE_SIZE);
1397 }
1398
1399 /*
1400  * This routine tears out page mappings from the
1401  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1402  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1403  */
1404 void
1405 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1406 {
1407         vm_offset_t va;
1408
1409         va = sva;
1410         while (count-- > 0) {
1411                 pmap_kremove(va);
1412                 va += PAGE_SIZE;
1413         }
1414         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1415 }
1416
1417 /***************************************************
1418  * Page table page management routines.....
1419  ***************************************************/
1420 static __inline void
1421 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1422 {
1423         vm_page_t m;
1424
1425         while (free != NULL) {
1426                 m = free;
1427                 free = m->right;
1428                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1429                 vm_page_free_toq(m);
1430         }
1431 }
1432
1433 /*
1434  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1435  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1436  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1437  */
1438 static __inline void
1439 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1440 {
1441
1442         if (set_PG_ZERO)
1443                 m->flags |= PG_ZERO;
1444         else
1445                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1446         m->right = *free;
1447         *free = m;
1448 }
1449         
1450 /*
1451  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1452  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1453  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1454  * ordered by this virtual address range.
1455  */
1456 static void
1457 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1458 {
1459         vm_page_t root;
1460
1461         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1462         root = pmap->pm_root;
1463         if (root == NULL) {
1464                 mpte->left = NULL;
1465                 mpte->right = NULL;
1466         } else {
1467                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1468                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1469                         mpte->left = root->left;
1470                         mpte->right = root;
1471                         root->left = NULL;
1472                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1473                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1474                 else {
1475                         mpte->right = root->right;
1476                         mpte->left = root;
1477                         root->right = NULL;
1478                 }
1479         }
1480         pmap->pm_root = mpte;
1481 }
1482
1483 /*
1484  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1485  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1486  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1487  */
1488 static vm_page_t
1489 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1490 {
1491         vm_page_t mpte;
1492         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1493
1494         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1495         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1496                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1497                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1498                         mpte = NULL;
1499         }
1500         return (mpte);
1501 }
1502
1503 /*
1504  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1505  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1506  * the pmap's collection.
1507  */
1508 static void
1509 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1510 {
1511         vm_page_t root;
1512
1513         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1514         if (mpte != pmap->pm_root) {
1515                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1516                 KASSERT(mpte == root,
1517                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1518                     mpte, pmap));
1519         }
1520         if (mpte->left == NULL)
1521                 root = mpte->right;
1522         else {
1523                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1524                 root->right = mpte->right;
1525         }
1526         pmap->pm_root = root;
1527 }
1528
1529 /*
1530  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1531  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1532  */
1533 static __inline int
1534 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1535 {
1536
1537         --m->wire_count;
1538         if (m->wire_count == 0)
1539                 return (_pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, free));
1540         else
1541                 return (0);
1542 }
1543
1544 static int 
1545 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, 
1546     vm_page_t *free)
1547 {
1548
1549         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1550         /*
1551          * unmap the page table page
1552          */
1553         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1554                 /* PDP page */
1555                 pml4_entry_t *pml4;
1556                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1557                 *pml4 = 0;
1558         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1559                 /* PD page */
1560                 pdp_entry_t *pdp;
1561                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1562                 *pdp = 0;
1563         } else {
1564                 /* PTE page */
1565                 pd_entry_t *pd;
1566                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1567                 *pd = 0;
1568         }
1569         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1570         if (m->pindex < NUPDE) {
1571                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1572                 vm_page_t pdpg;
1573
1574                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1575                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, free);
1576         }
1577         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1578                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1579                 vm_page_t pdppg;
1580
1581                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1582                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, free);
1583         }
1584
1585         /*
1586          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1587          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1588          * down is begun.
1589          */
1590         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1591
1592         /* 
1593          * Put page on a list so that it is released after
1594          * *ALL* TLB shootdown is done
1595          */
1596         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1597         
1598         return (1);
1599 }
1600
1601 /*
1602  * After removing a page table entry, this routine is used to
1603  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1604  */
1605 static int
1606 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1607 {
1608         vm_page_t mpte;
1609
1610         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1611                 return (0);
1612         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1613         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1614         return (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, free));
1615 }
1616
1617 void
1618 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1619 {
1620
1621         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1622         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1623         pmap->pm_root = NULL;
1624         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1625         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1626         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1627         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1632  * such as one in a vmspace structure.
1633  */
1634 int
1635 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1636 {
1637         vm_page_t pml4pg;
1638         static vm_pindex_t color;
1639         int i;
1640
1641         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1642
1643         /*
1644          * allocate the page directory page
1645          */
1646         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, color++, VM_ALLOC_NOOBJ |
1647             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1648                 VM_WAIT;
1649
1650         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1651
1652         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1653                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1654
1655         /* Wire in kernel global address entries. */
1656         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1657         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
1658                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1659                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1660         }
1661
1662         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1663         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1664
1665         pmap->pm_root = NULL;
1666         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1667         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1668         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1669
1670         return (1);
1671 }
1672
1673 /*
1674  * this routine is called if the page table page is not
1675  * mapped correctly.
1676  *
1677  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1678  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1679  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1680  * race conditions.
1681  */
1682 static vm_page_t
1683 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, int flags)
1684 {
1685         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1686
1687         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1688             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1689             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1690
1691         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1692         /*
1693          * Allocate a page table page.
1694          */
1695         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1696             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1697                 if (flags & M_WAITOK) {
1698                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1699                         vm_page_unlock_queues();
1700                         VM_WAIT;
1701                         vm_page_lock_queues();
1702                         PMAP_LOCK(pmap);
1703                 }
1704
1705                 /*
1706                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1707                  * page may have been allocated.
1708                  */
1709                 return (NULL);
1710         }
1711         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1712                 pmap_zero_page(m);
1713
1714         /*
1715          * Map the pagetable page into the process address space, if
1716          * it isn't already there.
1717          */
1718
1719         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1720                 pml4_entry_t *pml4;
1721                 vm_pindex_t pml4index;
1722
1723                 /* Wire up a new PDPE page */
1724                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1725                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1726                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1727
1728         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1729                 vm_pindex_t pml4index;
1730                 vm_pindex_t pdpindex;
1731                 pml4_entry_t *pml4;
1732                 pdp_entry_t *pdp;
1733
1734                 /* Wire up a new PDE page */
1735                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1736                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1737
1738                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1739                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1740                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1741                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1742                             flags) == NULL) {
1743                                 --m->wire_count;
1744                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1745                                 vm_page_free_zero(m);
1746                                 return (NULL);
1747                         }
1748                 } else {
1749                         /* Add reference to pdp page */
1750                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1751                         pdppg->wire_count++;
1752                 }
1753                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1754
1755                 /* Now find the pdp page */
1756                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1757                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1758
1759         } else {
1760                 vm_pindex_t pml4index;
1761                 vm_pindex_t pdpindex;
1762                 pml4_entry_t *pml4;
1763                 pdp_entry_t *pdp;
1764                 pd_entry_t *pd;
1765
1766                 /* Wire up a new PTE page */
1767                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1768                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1769
1770                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1771                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1772                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1773                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1774                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1775                             flags) == NULL) {
1776                                 --m->wire_count;
1777                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1778                                 vm_page_free_zero(m);
1779                                 return (NULL);
1780                         }
1781                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1782                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1783                 } else {
1784                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1785                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1786                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1787                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1788                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1789                                     flags) == NULL) {
1790                                         --m->wire_count;
1791                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1792                                             1);
1793                                         vm_page_free_zero(m);
1794                                         return (NULL);
1795                                 }
1796                         } else {
1797                                 /* Add reference to the pd page */
1798                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1799                                 pdpg->wire_count++;
1800                         }
1801                 }
1802                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1803
1804                 /* Now we know where the page directory page is */
1805                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1806                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1807         }
1808
1809         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1810
1811         return (m);
1812 }
1813
1814 static vm_page_t
1815 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1816 {
1817         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1818         pdp_entry_t *pdpe;
1819         vm_page_t pdpg;
1820
1821         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1822             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1823             ("pmap_allocpde: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1824 retry:
1825         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1826         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1827                 /* Add a reference to the pd page. */
1828                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1829                 pdpg->wire_count++;
1830         } else {
1831                 /* Allocate a pd page. */
1832                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1833                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1834                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, flags);
1835                 if (pdpg == NULL && (flags & M_WAITOK))
1836                         goto retry;
1837         }
1838         return (pdpg);
1839 }
1840
1841 static vm_page_t
1842 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1843 {
1844         vm_pindex_t ptepindex;
1845         pd_entry_t *pd;
1846         vm_page_t m;
1847
1848         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1849             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1850             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1851
1852         /*
1853          * Calculate pagetable page index
1854          */
1855         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1856 retry:
1857         /*
1858          * Get the page directory entry
1859          */
1860         pd = pmap_pde(pmap, va);
1861
1862         /*
1863          * This supports switching from a 2MB page to a
1864          * normal 4K page.
1865          */
1866         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1867                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pd, va)) {
1868                         /*
1869                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1870                          * the deallocation of the underlying PD page.
1871                          */
1872                         pd = NULL;
1873                 }
1874         }
1875
1876         /*
1877          * If the page table page is mapped, we just increment the
1878          * hold count, and activate it.
1879          */
1880         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1881                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1882                 m->wire_count++;
1883         } else {
1884                 /*
1885                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1886                  * deallocated.
1887                  */
1888                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1889                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1890                         goto retry;
1891         }
1892         return (m);
1893 }
1894
1895
1896 /***************************************************
1897  * Pmap allocation/deallocation routines.
1898  ***************************************************/
1899
1900 /*
1901  * Release any resources held by the given physical map.
1902  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1903  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1904  */
1905 void
1906 pmap_release(pmap_t pmap)
1907 {
1908         vm_page_t m;
1909         int i;
1910
1911         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1912             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1913             pmap->pm_stats.resident_count));
1914         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1915             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1916
1917         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1918
1919         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1920         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++)  /* Direct Map */
1921                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
1922         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1923
1924         m->wire_count--;
1925         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1926         vm_page_free_zero(m);
1927         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1928 }
1929 \f
1930 static int
1931 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1932 {
1933         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1934
1935         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1936 }
1937 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1938     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1939
1940 static int
1941 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1942 {
1943         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1944
1945         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1946 }
1947 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1948     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1949
1950 /*
1951  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1952  */
1953 void
1954 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1955 {
1956         vm_paddr_t paddr;
1957         vm_page_t nkpg;
1958         pd_entry_t *pde, newpdir;
1959         pdp_entry_t *pdpe;
1960
1961         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1962
1963         /*
1964          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
1965          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
1966          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
1967          *
1968          * The correctness of this action is based on the following
1969          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
1970          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
1971          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
1972          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
1973          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
1974          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
1975          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
1976          * "KERNBASE".
1977          */
1978         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
1979                 return;
1980
1981         addr = roundup2(addr, NBPDR);
1982         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1983                 addr = kernel_map->max_offset;
1984         while (kernel_vm_end < addr) {
1985                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1986                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
1987                         /* We need a new PDP entry */
1988                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
1989                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1990                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1991                         if (nkpg == NULL)
1992                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1993                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1994                                 pmap_zero_page(nkpg);
1995                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1996                         *pdpe = (pdp_entry_t)
1997                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1998                         continue; /* try again */
1999                 }
2000                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2001                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
2002                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2003                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2004                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2005                                 break;                       
2006                         }
2007                         continue;
2008                 }
2009
2010                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2011                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2012                     VM_ALLOC_ZERO);
2013                 if (nkpg == NULL)
2014                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2015                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2016                         pmap_zero_page(nkpg);
2017                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2018                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2019                 pde_store(pde, newpdir);
2020
2021                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2022                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2023                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2024                         break;                       
2025                 }
2026         }
2027 }
2028
2029
2030 /***************************************************
2031  * page management routines.
2032  ***************************************************/
2033
2034 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2035 CTASSERT(_NPCM == 3);
2036 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2037
2038 static __inline struct pv_chunk *
2039 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2040 {
2041
2042         return (struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK);
2043 }
2044
2045 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2046
2047 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2048 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2049 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2050
2051 static uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2052
2053 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2054         "Current number of pv entries");
2055
2056 #ifdef PV_STATS
2057 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2058
2059 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2060         "Current number of pv entry chunks");
2061 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2062         "Current number of pv entry chunks allocated");
2063 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2064         "Current number of pv entry chunks frees");
2065 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2066         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2067
2068 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2069 static int pv_entry_spare;
2070
2071 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2072         "Current number of pv entry frees");
2073 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2074         "Current number of pv entry allocs");
2075 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2076         "Current number of spare pv entries");
2077
2078 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
2079
2080 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
2081         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
2082 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
2083         "Current number times pmap_collect called on active queue");
2084 #endif
2085
2086 /*
2087  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2088  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2089  * another pv entry chunk.  This is normally called to
2090  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
2091  *
2092  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2093  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2094  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2095  */
2096 static void
2097 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
2098 {
2099         pd_entry_t *pde;
2100         pmap_t pmap;
2101         pt_entry_t *pte, tpte;
2102         pv_entry_t next_pv, pv;
2103         vm_offset_t va;
2104         vm_page_t m, free;
2105
2106         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
2107                 if ((m->flags & PG_MARKER) != 0 || m->hold_count || m->busy)
2108                         continue;
2109                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
2110                         va = pv->pv_va;
2111                         pmap = PV_PMAP(pv);
2112                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2113                         if (pmap > locked_pmap)
2114                                 PMAP_LOCK(pmap);
2115                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
2116                                 continue;
2117                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2118                         pde = pmap_pde(pmap, va);
2119                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
2120                             " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2121                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2122                         tpte = pte_load_clear(pte);
2123                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
2124                             ("pmap_collect: wired pte %#lx", tpte));
2125                         if (tpte & PG_A)
2126                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2127                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2128                                 vm_page_dirty(m);
2129                         free = NULL;
2130                         pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2131                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2132                         pmap_free_zero_pages(free);
2133                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2134                         free_pv_entry(pmap, pv);
2135                         if (pmap != locked_pmap)
2136                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2137                 }
2138                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2139                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list))
2140                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2141         }
2142 }
2143
2144
2145 /*
2146  * free the pv_entry back to the free list
2147  */
2148 static void
2149 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2150 {
2151         vm_page_t m;
2152         struct pv_chunk *pc;
2153         int idx, field, bit;
2154
2155         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2156         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2157         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2158         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2159         pv_entry_count--;
2160         pc = pv_to_chunk(pv);
2161         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2162         field = idx / 64;
2163         bit = idx % 64;
2164         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2165         /* move to head of list */
2166         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2167         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2168             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2169                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2170                 return;
2171         }
2172         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2173         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2174         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2175         /* entire chunk is free, return it */
2176         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2177         dump_drop_page(m->phys_addr);
2178         vm_page_unwire(m, 0);
2179         vm_page_free(m);
2180 }
2181
2182 /*
2183  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2184  * when needed.
2185  */
2186 static pv_entry_t
2187 get_pv_entry(pmap_t pmap, int try)
2188 {
2189         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2190         static struct timeval lastprint;
2191         static vm_pindex_t colour;
2192         struct vpgqueues *pq;
2193         int bit, field;
2194         pv_entry_t pv;
2195         struct pv_chunk *pc;
2196         vm_page_t m;
2197
2198         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2199         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2200         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2201         pv_entry_count++;
2202         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2203                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2204                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2205                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2206                             "vm.pmap.pv_entry_max sysctl.\n");
2207         pq = NULL;
2208 retry:
2209         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2210         if (pc != NULL) {
2211                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2212                         if (pc->pc_map[field]) {
2213                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2214                                 break;
2215                         }
2216                 }
2217                 if (field < _NPCM) {
2218                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2219                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2220                         /* If this was the last item, move it to tail */
2221                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2222                             pc->pc_map[2] == 0) {
2223                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2224                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2225                         }
2226                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2227                         return (pv);
2228                 }
2229         }
2230         /* No free items, allocate another chunk */
2231         m = vm_page_alloc(NULL, colour, (pq == &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ?
2232             VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) | VM_ALLOC_NOOBJ |
2233             VM_ALLOC_WIRED);
2234         if (m == NULL) {
2235                 if (try) {
2236                         pv_entry_count--;
2237                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2238                         return (NULL);
2239                 }
2240                 /*
2241                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to inactive
2242                  * pages.  After that, if a pv chunk entry is still needed,
2243                  * destroy mappings to active pages.
2244                  */
2245                 if (pq == NULL) {
2246                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
2247                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
2248                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
2249                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
2250                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
2251                 } else
2252                         panic("get_pv_entry: increase vm.pmap.shpgperproc");
2253                 pmap_collect(pmap, pq);
2254                 goto retry;
2255         }
2256         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2257         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2258         colour++;
2259         dump_add_page(m->phys_addr);
2260         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2261         pc->pc_pmap = pmap;
2262         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2263         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2264         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2265         pv = &pc->pc_pventry[0];
2266         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2267         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2268         return (pv);
2269 }
2270
2271 /*
2272  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2273  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2274  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2275  * 2MB page mappings.
2276  */
2277 static __inline pv_entry_t
2278 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2279 {
2280         pv_entry_t pv;
2281
2282         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2283         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2284                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2285                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2286                         break;
2287                 }
2288         }
2289         return (pv);
2290 }
2291
2292 /*
2293  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2294  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2295  * entries for each of the 4KB page mappings.
2296  */
2297 static void
2298 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2299 {
2300         struct md_page *pvh;
2301         pv_entry_t pv;
2302         vm_offset_t va_last;
2303         vm_page_t m;
2304
2305         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2306         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2307             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2308
2309         /*
2310          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2311          * page's pv list.
2312          */
2313         pvh = pa_to_pvh(pa);
2314         va = trunc_2mpage(va);
2315         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2316         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2317         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2318         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2319         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2320         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2321         do {
2322                 m++;
2323                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2324                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2325                 va += PAGE_SIZE;
2326                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2327         } while (va < va_last);
2328 }
2329
2330 /*
2331  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2332  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2333  * for the 2MB page mapping.
2334  */
2335 static void
2336 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2337 {
2338         struct md_page *pvh;
2339         pv_entry_t pv;
2340         vm_offset_t va_last;
2341         vm_page_t m;
2342
2343         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2344         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2345             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2346
2347         /*
2348          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2349          * 2mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2350          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2351          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2352          * removes one of the mappings that is being promoted.
2353          */
2354         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2355         va = trunc_2mpage(va);
2356         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2357         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2358         pvh = pa_to_pvh(pa);
2359         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2360         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2361         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2362         do {
2363                 m++;
2364                 va += PAGE_SIZE;
2365                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2366         } while (va < va_last);
2367 }
2368
2369 /*
2370  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2371  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2372  * page mappings.
2373  */
2374 static void
2375 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2376 {
2377         pv_entry_t pv;
2378
2379         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2380         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2381         free_pv_entry(pmap, pv);
2382 }
2383
2384 static void
2385 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2386 {
2387         struct md_page *pvh;
2388
2389         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2390         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2391         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2392                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2393                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2394                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2395         }
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Create a pv entry for page at pa for
2400  * (pmap, va).
2401  */
2402 static void
2403 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2404 {
2405         pv_entry_t pv;
2406
2407         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2408         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2409         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2410         pv->pv_va = va;
2411         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2412 }
2413
2414 /*
2415  * Conditionally create a pv entry.
2416  */
2417 static boolean_t
2418 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2419 {
2420         pv_entry_t pv;
2421
2422         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2423         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2424         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2425             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2426                 pv->pv_va = va;
2427                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2428                 return (TRUE);
2429         } else
2430                 return (FALSE);
2431 }
2432
2433 /*
2434  * Create the pv entry for a 2MB page mapping.
2435  */
2436 static boolean_t
2437 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2438 {
2439         struct md_page *pvh;
2440         pv_entry_t pv;
2441
2442         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2443         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2444             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2445                 pv->pv_va = va;
2446                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2447                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2448                 return (TRUE);
2449         } else
2450                 return (FALSE);
2451 }
2452
2453 /*
2454  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2455  */
2456 static void
2457 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2458 {
2459         pt_entry_t *pte;
2460
2461         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2462                 *pte = newpte;
2463                 newpte += PAGE_SIZE;
2464         }
2465 }
2466
2467 /*
2468  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2469  * mapping is invalidated.
2470  */
2471 static boolean_t
2472 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2473 {
2474         pd_entry_t newpde, oldpde;
2475         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2476         vm_paddr_t mptepa;
2477         vm_page_t free, mpte;
2478
2479         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2480         oldpde = *pde;
2481         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2482             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2483         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2484         if (mpte != NULL)
2485                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2486         else {
2487                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2488                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2489                     " is missing"));
2490
2491                 /*
2492                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2493                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2494                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2495                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2496                  * the page allocation request specifies the highest possible
2497                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2498                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2499                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2500                  * is the only part of the kernel address space that must be
2501                  * handled here.
2502                  */
2503                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2504                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2505                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2506                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2507                         free = NULL;
2508                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free);
2509                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2510                         pmap_free_zero_pages(free);
2511                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2512                             " in pmap %p", va, pmap);
2513                         return (FALSE);
2514                 }
2515                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2516                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2517         }
2518         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2519         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2520         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2521         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2522             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2523         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2524             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2525         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2526         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2527                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2528
2529         /*
2530          * If the page table page is new, initialize it.
2531          */
2532         if (mpte->wire_count == 1) {
2533                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2534                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2535         }
2536         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2537             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2538             " addresses"));
2539
2540         /*
2541          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2542          * entries.
2543          */
2544         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2545                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2546
2547         /*
2548          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2549          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2550          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2551          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2552          * the read above and the store below. 
2553          */
2554         if (workaround_erratum383)
2555                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2556         else
2557                 pde_store(pde, newpde);
2558
2559         /*
2560          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2561          */
2562         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2563                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2564
2565         /*
2566          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2567          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2568          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2569          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2570          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2571          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2572          * the 2mpage to referencing the page table page.
2573          */
2574         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2575                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2576
2577         pmap_pde_demotions++;
2578         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2579             " in pmap %p", va, pmap);
2580         return (TRUE);
2581 }
2582
2583 /*
2584  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2585  */
2586 static int
2587 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2588     vm_page_t *free)
2589 {
2590         struct md_page *pvh;
2591         pd_entry_t oldpde;
2592         vm_offset_t eva, va;
2593         vm_page_t m, mpte;
2594
2595         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2596         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2597             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2598         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2599         if (oldpde & PG_W)
2600                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2601
2602         /*
2603          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2604          * PG_G.
2605          */
2606         if (oldpde & PG_G)
2607                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2608         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
2609         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2610                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2611                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2612                 eva = sva + NBPDR;
2613                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2614                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2615                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2616                                 vm_page_dirty(m);
2617                         if (oldpde & PG_A)
2618                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2619                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2620                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2621                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2622                 }
2623         }
2624         if (pmap == kernel_pmap) {
2625                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2626                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2627         } else {
2628                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2629                 if (mpte != NULL) {
2630                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2631                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2632                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2633                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2634                         mpte->wire_count = 0;
2635                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2636                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2637                 }
2638         }
2639         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2640 }
2641
2642 /*
2643  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2644  */
2645 static int
2646 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2647     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
2648 {
2649         pt_entry_t oldpte;
2650         vm_page_t m;
2651
2652         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2653         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2654         if (oldpte & PG_W)
2655                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2656         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2657         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2658                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2659                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2660                         vm_page_dirty(m);
2661                 if (oldpte & PG_A)
2662                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2663                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2664         }
2665         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2666 }
2667
2668 /*
2669  * Remove a single page from a process address space
2670  */
2671 static void
2672 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2673 {
2674         pt_entry_t *pte;
2675
2676         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2677         if ((*pde & PG_V) == 0)
2678                 return;
2679         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2680         if ((*pte & PG_V) == 0)
2681                 return;
2682         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free);
2683         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2684 }
2685
2686 /*
2687  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2688  *
2689  *      It is assumed that the start and end are properly
2690  *      rounded to the page size.
2691  */
2692 void
2693 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2694 {
2695         vm_offset_t va, va_next;
2696         pml4_entry_t *pml4e;
2697         pdp_entry_t *pdpe;
2698         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2699         pt_entry_t *pte;
2700         vm_page_t free = NULL;
2701         int anyvalid;
2702
2703         /*
2704          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2705          */
2706         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2707                 return;
2708
2709         anyvalid = 0;
2710
2711         vm_page_lock_queues();
2712         PMAP_LOCK(pmap);
2713
2714         /*
2715          * special handling of removing one page.  a very
2716          * common operation and easy to short circuit some
2717          * code.
2718          */
2719         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2720                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2721                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2722                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2723                         goto out;
2724                 }
2725         }
2726
2727         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2728
2729                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2730                         break;
2731
2732                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2733                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2734                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2735                         if (va_next < sva)
2736                                 va_next = eva;
2737                         continue;
2738                 }
2739
2740                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2741                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2742                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2743                         if (va_next < sva)
2744                                 va_next = eva;
2745                         continue;
2746                 }
2747
2748                 /*
2749                  * Calculate index for next page table.
2750                  */
2751                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2752                 if (va_next < sva)
2753                         va_next = eva;
2754
2755                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2756                 ptpaddr = *pde;
2757
2758                 /*
2759                  * Weed out invalid mappings.
2760                  */
2761                 if (ptpaddr == 0)
2762                         continue;
2763
2764                 /*
2765                  * Check for large page.
2766                  */
2767                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2768                         /*
2769                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2770                          * demote the mapping and fall through.
2771                          */
2772                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2773                                 /*
2774                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2775                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2776                                  */
2777                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2778                                         anyvalid = 1;
2779                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2780                                 continue;
2781                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
2782                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2783                                 continue;
2784                         } else
2785                                 ptpaddr = *pde;
2786                 }
2787
2788                 /*
2789                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2790                  * by the current page table page, or to the end of the
2791                  * range being removed.
2792                  */
2793                 if (va_next > eva)
2794                         va_next = eva;
2795
2796                 va = va_next;
2797                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2798                     sva += PAGE_SIZE) {
2799                         if (*pte == 0) {
2800                                 if (va != va_next) {
2801                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2802                                         va = va_next;
2803                                 }
2804                                 continue;
2805                         }
2806                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2807                                 anyvalid = 1;
2808                         else if (va == va_next)
2809                                 va = sva;
2810                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free)) {
2811                                 sva += PAGE_SIZE;
2812                                 break;
2813                         }
2814                 }
2815                 if (va != va_next)
2816                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2817         }
2818 out:
2819         if (anyvalid)
2820                 pmap_invalidate_all(pmap);
2821         vm_page_unlock_queues();        
2822         PMAP_UNLOCK(pmap);
2823         pmap_free_zero_pages(free);
2824 }
2825
2826 /*
2827  *      Routine:        pmap_remove_all
2828  *      Function:
2829  *              Removes this physical page from
2830  *              all physical maps in which it resides.
2831  *              Reflects back modify bits to the pager.
2832  *
2833  *      Notes:
2834  *              Original versions of this routine were very
2835  *              inefficient because they iteratively called
2836  *              pmap_remove (slow...)
2837  */
2838
2839 void
2840 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2841 {
2842         struct md_page *pvh;
2843         pv_entry_t pv;
2844         pmap_t pmap;
2845         pt_entry_t *pte, tpte;
2846         pd_entry_t *pde;
2847         vm_offset_t va;
2848         vm_page_t free;
2849
2850         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2851             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2852         free = NULL;
2853         vm_page_lock_queues();
2854         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2855         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2856                 pmap = PV_PMAP(pv);
2857                 PMAP_LOCK(pmap);
2858                 va = pv->pv_va;
2859                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2860                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2861                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2862         }
2863         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2864                 pmap = PV_PMAP(pv);
2865                 PMAP_LOCK(pmap);
2866                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2867                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2868                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2869                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
2870                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
2871                 tpte = pte_load_clear(pte);
2872                 if (tpte & PG_W)
2873                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2874                 if (tpte & PG_A)
2875                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2876
2877                 /*
2878                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2879                  */
2880                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2881                         vm_page_dirty(m);
2882                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
2883                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2884                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2885                 free_pv_entry(pmap, pv);
2886                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2887         }
2888         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2889         vm_page_unlock_queues();
2890         pmap_free_zero_pages(free);
2891 }
2892
2893 /*
2894  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
2895  */
2896 static boolean_t
2897 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
2898 {
2899         pd_entry_t newpde, oldpde;
2900         vm_offset_t eva, va;
2901         vm_page_t m;
2902         boolean_t anychanged;
2903
2904         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2905         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2906             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2907         anychanged = FALSE;
2908 retry:
2909         oldpde = newpde = *pde;
2910         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2911                 eva = sva + NBPDR;
2912                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2913                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
2914                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2915                                 vm_page_dirty(m);
2916         }
2917         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2918                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
2919         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2920                 newpde |= pg_nx;
2921         if (newpde != oldpde) {
2922                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
2923                         goto retry;
2924                 if (oldpde & PG_G)
2925                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2926                 else
2927                         anychanged = TRUE;
2928         }
2929         return (anychanged);
2930 }
2931
2932 /*
2933  *      Set the physical protection on the
2934  *      specified range of this map as requested.
2935  */
2936 void
2937 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2938 {
2939         vm_offset_t va_next;
2940         pml4_entry_t *pml4e;
2941         pdp_entry_t *pdpe;
2942         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2943         pt_entry_t *pte;
2944         int anychanged;
2945
2946         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2947                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2948                 return;
2949         }
2950
2951         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
2952             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
2953                 return;
2954
2955         anychanged = 0;
2956
2957         vm_page_lock_queues();
2958         PMAP_LOCK(pmap);
2959         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2960
2961                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2962                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2963                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2964                         if (va_next < sva)
2965                                 va_next = eva;
2966                         continue;
2967                 }
2968
2969                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2970                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2971                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2972                         if (va_next < sva)
2973                                 va_next = eva;
2974                         continue;
2975                 }
2976
2977                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2978                 if (va_next < sva)
2979                         va_next = eva;
2980
2981                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2982                 ptpaddr = *pde;
2983
2984                 /*
2985                  * Weed out invalid mappings.
2986                  */
2987                 if (ptpaddr == 0)
2988                         continue;
2989
2990                 /*
2991                  * Check for large page.
2992                  */
2993                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2994                         /*
2995                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
2996                          * demote the mapping and fall through.
2997                          */
2998                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
2999                                 /*
3000                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3001                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3002                                  */
3003                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3004                                         anychanged = 1;
3005                                 continue;
3006                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3007                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3008                                 continue;
3009                         }
3010                 }
3011
3012                 if (va_next > eva)
3013                         va_next = eva;
3014
3015                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3016                     sva += PAGE_SIZE) {
3017                         pt_entry_t obits, pbits;
3018                         vm_page_t m;
3019
3020 retry:
3021                         obits = pbits = *pte;
3022                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3023                                 continue;
3024
3025                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3026                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3027                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3028                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3029                                         vm_page_dirty(m);
3030                                 }
3031                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3032                         }
3033                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3034                                 pbits |= pg_nx;
3035
3036                         if (pbits != obits) {
3037                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3038                                         goto retry;
3039                                 if (obits & PG_G)
3040                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3041                                 else
3042                                         anychanged = 1;
3043                         }
3044                 }
3045         }
3046         if (anychanged)
3047                 pmap_invalidate_all(pmap);
3048         vm_page_unlock_queues();
3049         PMAP_UNLOCK(pmap);
3050 }
3051
3052 /*
3053  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3054  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3055  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3056  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3057  * identical characteristics. 
3058  */
3059 static void
3060 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3061 {
3062         pd_entry_t newpde;
3063         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3064         vm_offset_t oldpteva;
3065         vm_page_t mpte;
3066
3067         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3068
3069         /*
3070          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3071          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3072          * within a 2MB page. 
3073          */
3074         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3075 setpde:
3076         newpde = *firstpte;
3077         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3078                 pmap_pde_p_failures++;
3079                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3080                     " in pmap %p", va, pmap);
3081                 return;
3082         }
3083         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3084                 /*
3085                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3086                  * a TLB invalidation.
3087                  */
3088                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3089                         goto setpde;
3090                 newpde &= ~PG_RW;
3091         }
3092
3093         /*
3094          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3095          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3096          * characteristics to the first PTE.
3097          */
3098         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3099         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3100 setpte:
3101                 oldpte = *pte;
3102                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3103                         pmap_pde_p_failures++;
3104                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3105                             " in pmap %p", va, pmap);
3106                         return;
3107                 }
3108                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3109                         /*
3110                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3111                          * without a TLB invalidation.
3112                          */
3113                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3114                                 goto setpte;
3115                         oldpte &= ~PG_RW;
3116                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3117                             (va & ~PDRMASK);
3118                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3119                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3120                 }
3121                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3122                         pmap_pde_p_failures++;
3123                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3124                             " in pmap %p", va, pmap);
3125                         return;
3126                 }
3127                 pa -= PAGE_SIZE;
3128         }
3129
3130         /*
3131          * Save the page table page in its current state until the PDE
3132          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3133          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3134          */
3135         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3136         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3137             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3138             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3139         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3140             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3141         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3142
3143         /*
3144          * Promote the pv entries.
3145          */
3146         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3147                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3148
3149         /*
3150          * Propagate the PAT index to its proper position.
3151          */
3152         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3153                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3154
3155         /*
3156          * Map the superpage.
3157          */
3158         if (workaround_erratum383)
3159                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3160         else
3161                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3162
3163         pmap_pde_promotions++;
3164         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3165             " in pmap %p", va, pmap);
3166 }
3167
3168 /*
3169  *      Insert the given physical page (p) at
3170  *      the specified virtual address (v) in the
3171  *      target physical map with the protection requested.
3172  *
3173  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3174  *      that the related pte can not be reclaimed.
3175  *
3176  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3177  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3178  *      insert this page into the given map NOW.
3179  */
3180 void
3181 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3182     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3183 {
3184         pd_entry_t *pde;
3185         pt_entry_t *pte;
3186         pt_entry_t newpte, origpte;
3187         pv_entry_t pv;
3188         vm_paddr_t opa, pa;
3189         vm_page_t mpte, om;
3190         boolean_t invlva;
3191
3192         va = trunc_page(va);
3193         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3194         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3195             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
3196             va));
3197         KASSERT((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) != 0 ||
3198             VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
3199             ("pmap_enter: page %p is not busy", m));
3200
3201         mpte = NULL;
3202
3203         vm_page_lock_queues();
3204         PMAP_LOCK(pmap);
3205
3206         /*
3207          * In the case that a page table page is not
3208          * resident, we are creating it here.
3209          */
3210         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3211                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
3212
3213         pde = pmap_pde(pmap, va);
3214         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
3215                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3216                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
3217                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3218         } else
3219                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3220
3221         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3222         om = NULL;
3223         origpte = *pte;
3224         opa = origpte & PG_FRAME;
3225
3226         /*
3227          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3228          */
3229         if (origpte && (opa == pa)) {
3230                 /*
3231                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3232                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3233                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3234                  * the PT page will be also.
3235                  */
3236                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3237                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3238                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3239                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3240
3241                 /*
3242                  * Remove extra pte reference
3243                  */
3244                 if (mpte)
3245                         mpte->wire_count--;
3246
3247                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3248                         om = m;
3249                         pa |= PG_MANAGED;
3250                 }
3251                 goto validate;
3252         } 
3253
3254         pv = NULL;
3255
3256         /*
3257          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3258          * handle validating new mapping.
3259          */
3260         if (opa) {
3261                 if (origpte & PG_W)
3262                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3263                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3264                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3265                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3266                 }
3267                 if (mpte != NULL) {
3268                         mpte->wire_count--;
3269                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3270                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3271                              " va: 0x%lx", va));
3272                 }
3273         } else
3274                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3275
3276         /*
3277          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3278          */
3279         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3280                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3281                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3282                 if (pv == NULL)
3283                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3284                 pv->pv_va = va;
3285                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3286                 pa |= PG_MANAGED;
3287         } else if (pv != NULL)
3288                 free_pv_entry(pmap, pv);
3289
3290         /*
3291          * Increment counters
3292          */
3293         if (wired)
3294                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3295
3296 validate:
3297         /*
3298          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3299          */
3300         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3301         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3302                 newpte |= PG_RW;
3303                 if ((newpte & PG_MANAGED) != 0)
3304                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3305         }
3306         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3307                 newpte |= pg_nx;
3308         if (wired)
3309                 newpte |= PG_W;
3310         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3311                 newpte |= PG_U;
3312         if (pmap == kernel_pmap)
3313                 newpte |= PG_G;
3314
3315         /*
3316          * if the mapping or permission bits are different, we need
3317          * to update the pte.
3318          */
3319         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3320                 newpte |= PG_A;
3321                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3322                         newpte |= PG_M;
3323                 if (origpte & PG_V) {
3324                         invlva = FALSE;
3325                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3326                         if (origpte & PG_A) {
3327                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3328                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3329                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m) || ((origpte &
3330                                     PG_NX) == 0 && (newpte & PG_NX)))
3331                                         invlva = TRUE;
3332                         }
3333                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3334                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3335                                         vm_page_dirty(om);
3336                                 if ((newpte & PG_RW) == 0)
3337                                         invlva = TRUE;
3338                         }
3339                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3340                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3341                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list))
3342                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3343                         if (invlva)
3344                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3345                 } else
3346                         pte_store(pte, newpte);
3347         }
3348
3349         /*
3350          * If both the page table page and the reservation are fully
3351          * populated, then attempt promotion.
3352          */
3353         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3354             pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3355                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3356
3357         vm_page_unlock_queues();
3358         PMAP_UNLOCK(pmap);
3359 }
3360
3361 /*
3362  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3363  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3364  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3365  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3366  */
3367 static boolean_t
3368 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3369 {
3370         pd_entry_t *pde, newpde;
3371         vm_page_t free, mpde;
3372
3373         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3374         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3375         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, M_NOWAIT)) == NULL) {
3376                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3377                     " in pmap %p", va, pmap);
3378                 return (FALSE);
3379         }
3380         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3381         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3382         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3383                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3384                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3385                 mpde->wire_count--;
3386                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3387                     " in pmap %p", va, pmap);
3388                 return (FALSE);
3389         }
3390         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3391             PG_PS | PG_V;
3392         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3393                 newpde |= PG_MANAGED;
3394
3395                 /*
3396                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3397                  */
3398                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3399                         free = NULL;
3400                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpde, &free)) {
3401                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3402                                 pmap_free_zero_pages(free);
3403                         }
3404                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3405                             " in pmap %p", va, pmap);
3406                         return (FALSE);
3407                 }
3408         }
3409         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3410                 newpde |= pg_nx;
3411         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3412                 newpde |= PG_U;
3413
3414         /*
3415          * Increment counters.
3416          */
3417         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3418
3419         /*
3420          * Map the superpage.
3421          */
3422         pde_store(pde, newpde);
3423
3424         pmap_pde_mappings++;
3425         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3426             " in pmap %p", va, pmap);
3427         return (TRUE);
3428 }
3429
3430 /*
3431  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3432  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3433  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3434  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3435  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3436  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3437  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3438  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3439  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3440  * corresponding offset from m_start are mapped.
3441  */
3442 void
3443 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3444     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3445 {
3446         vm_offset_t va;
3447         vm_page_t m, mpte;
3448         vm_pindex_t diff, psize;
3449
3450         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3451         psize = atop(end - start);
3452         mpte = NULL;
3453         m = m_start;
3454         vm_page_lock_queues();
3455         PMAP_LOCK(pmap);
3456         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3457                 va = start + ptoa(diff);
3458                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3459                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3460                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3461                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3462                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3463                 else
3464                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3465                             mpte);
3466                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3467         }
3468         vm_page_unlock_queues();
3469         PMAP_UNLOCK(pmap);
3470 }
3471
3472 /*
3473  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3474  * 1. Current pmap & pmap exists.
3475  * 2. Not wired.
3476  * 3. Read access.
3477  * 4. No page table pages.
3478  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3479  */
3480
3481 void
3482 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3483 {
3484
3485         vm_page_lock_queues();
3486         PMAP_LOCK(pmap);
3487         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3488         vm_page_unlock_queues();
3489         PMAP_UNLOCK(pmap);
3490 }
3491
3492 static vm_page_t
3493 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3494     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3495 {
3496         vm_page_t free;
3497         pt_entry_t *pte;
3498         vm_paddr_t pa;
3499
3500         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3501             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3502             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3503         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3504         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3505
3506         /*
3507          * In the case that a page table page is not
3508          * resident, we are creating it here.
3509          */
3510         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3511                 vm_pindex_t ptepindex;
3512                 pd_entry_t *ptepa;
3513
3514                 /*
3515                  * Calculate pagetable page index
3516                  */
3517                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3518                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3519                         mpte->wire_count++;
3520                 } else {
3521                         /*
3522                          * Get the page directory entry
3523                          */
3524                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3525
3526                         /*
3527                          * If the page table page is mapped, we just increment
3528                          * the hold count, and activate it.
3529                          */
3530                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3531                                 if (*ptepa & PG_PS)
3532                                         return (NULL);
3533                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3534                                 mpte->wire_count++;
3535                         } else {
3536                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3537                                     M_NOWAIT);
3538                                 if (mpte == NULL)
3539                                         return (mpte);
3540                         }
3541                 }
3542                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3543                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3544         } else {
3545                 mpte = NULL;
3546                 pte = vtopte(va);
3547         }
3548         if (*pte) {
3549                 if (mpte != NULL) {
3550                         mpte->wire_count--;
3551                         mpte = NULL;
3552                 }
3553                 return (mpte);
3554         }
3555
3556         /*
3557          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3558          */
3559         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3560             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3561                 if (mpte != NULL) {
3562                         free = NULL;
3563                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &free)) {
3564                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3565                                 pmap_free_zero_pages(free);
3566                         }
3567                         mpte = NULL;
3568                 }
3569                 return (mpte);
3570         }
3571
3572         /*
3573          * Increment counters
3574          */
3575         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3576
3577         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3578         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3579                 pa |= pg_nx;
3580
3581         /*
3582          * Now validate mapping with RO protection
3583          */
3584         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3585                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3586         else
3587                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3588         return (mpte);
3589 }
3590
3591 /*
3592  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3593  * to be used for panic dumps.
3594  */
3595 void *
3596 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3597 {
3598         vm_offset_t va;
3599
3600         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3601         pmap_kenter(va, pa);
3602         invlpg(va);
3603         return ((void *)crashdumpmap);
3604 }
3605
3606 /*
3607  * This code maps large physical mmap regions into the
3608  * processor address space.  Note that some shortcuts
3609  * are taken, but the code works.
3610  */
3611 void
3612 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3613     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3614 {
3615         pd_entry_t *pde;
3616         vm_paddr_t pa, ptepa;
3617         vm_page_t p, pdpg;
3618         int pat_mode;
3619
3620         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3621         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3622             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3623         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3624                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3625                         return;
3626                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3627                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3628                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3629                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3630
3631                 /*
3632                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3633                  * aligned to a 2MB page boundary.
3634                  */
3635                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3636                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3637                         return;
3638
3639                 /*
3640                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3641                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3642                  * memory attributes.
3643                  */
3644                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3645                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3646                     pa += PAGE_SIZE) {
3647                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3648                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3649                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3650                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3651                                 return;
3652                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3653                 }
3654
3655                 /*
3656                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3657                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3658                  * will not affect the termination of this loop.
3659                  */ 
3660                 PMAP_LOCK(pmap);
3661                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3662                     size; pa += NBPDR) {
3663                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, M_NOWAIT);
3664                         if (pdpg == NULL) {
3665                                 /*
3666                                  * The creation of mappings below is only an
3667                                  * optimization.  If a page directory page
3668                                  * cannot be allocated without blocking,
3669                                  * continue on to the next mapping rather than
3670                                  * blocking.
3671                                  */
3672                                 addr += NBPDR;
3673                                 continue;
3674                         }
3675                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3676                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3677                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3678                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3679                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3680                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3681                                 pmap_pde_mappings++;
3682                         } else {
3683                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3684                                 pdpg->wire_count--;
3685                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3686                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3687                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3688                         }
3689                         addr += NBPDR;
3690                 }
3691                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3692         }
3693 }
3694
3695 /*
3696  *      Routine:        pmap_change_wiring
3697  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3698  *                      pair.
3699  *      In/out conditions:
3700  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3701  */
3702 void
3703 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3704 {
3705         pd_entry_t *pde;
3706         pt_entry_t *pte;
3707         boolean_t are_queues_locked;
3708
3709         are_queues_locked = FALSE;
3710
3711         /*
3712          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3713          * invalidate TLB.
3714          */
3715 retry:
3716         PMAP_LOCK(pmap);
3717         pde = pmap_pde(pmap, va);
3718         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3719                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3720                         if (!are_queues_locked) {
3721                                 are_queues_locked = TRUE;
3722                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3723                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3724                                         vm_page_lock_queues();
3725                                         goto retry;
3726                                 }
3727                         }
3728                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3729                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3730                 } else
3731                         goto out;
3732         }
3733         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3734         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
3735                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3736                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3737         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
3738                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3739                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3740         }
3741 out:
3742         if (are_queues_locked)
3743                 vm_page_unlock_queues();
3744         PMAP_UNLOCK(pmap);
3745 }
3746
3747 /*
3748  *      Copy the range specified by src_addr/len
3749  *      from the source map to the range dst_addr/len
3750  *      in the destination map.
3751  *
3752  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3753  */
3754
3755 void
3756 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3757     vm_offset_t src_addr)
3758 {
3759         vm_page_t   free;
3760         vm_offset_t addr;
3761         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3762         vm_offset_t va_next;
3763
3764         if (dst_addr != src_addr)
3765                 return;
3766
3767         vm_page_lock_queues();
3768         if (dst_pmap < src_pmap) {
3769                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3770                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3771         } else {
3772                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3773                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3774         }
3775         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
3776                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3777                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
3778                 pml4_entry_t *pml4e;
3779                 pdp_entry_t *pdpe;
3780                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
3781
3782                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3783                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3784
3785                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
3786                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3787                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
3788                         if (va_next < addr)
3789                                 va_next = end_addr;
3790                         continue;
3791                 }
3792
3793                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
3794                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3795                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
3796                         if (va_next < addr)
3797                                 va_next = end_addr;
3798                         continue;
3799                 }
3800
3801                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3802                 if (va_next < addr)
3803                         va_next = end_addr;
3804
3805                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
3806                 srcptepaddr = *pde;
3807                 if (srcptepaddr == 0)
3808                         continue;
3809                         
3810                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3811                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, M_NOWAIT);
3812                         if (dstmpde == NULL)
3813                                 break;
3814                         pde = (pd_entry_t *)
3815                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
3816                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3817                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3818                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3819                             PG_PS_FRAME))) {
3820                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
3821                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3822                         } else
3823                                 dstmpde->wire_count--;
3824                         continue;
3825                 }
3826
3827                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
3828                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
3829                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3830                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3831
3832                 if (va_next > end_addr)
3833                         va_next = end_addr;
3834
3835                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
3836                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
3837                 dstmpte = NULL;
3838                 while (addr < va_next) {
3839                         pt_entry_t ptetemp;
3840                         ptetemp = *src_pte;
3841                         /*
3842                          * we only virtual copy managed pages
3843                          */
3844                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3845                                 if (dstmpte != NULL &&
3846                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
3847                                         dstmpte->wire_count++;
3848                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
3849                                     addr, M_NOWAIT)) == NULL)
3850                                         goto out;
3851                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
3852                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
3853                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
3854                                 if (*dst_pte == 0 &&
3855                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3856                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3857                                         /*
3858                                          * Clear the wired, modified, and
3859                                          * accessed (referenced) bits
3860                                          * during the copy.
3861                                          */
3862                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3863                                             PG_A);
3864                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
3865                                 } else {
3866                                         free = NULL;
3867                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3868                                             addr, dstmpte, &free)) {
3869                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3870                                                     addr);
3871                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3872                                         }
3873                                         goto out;
3874                                 }
3875                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3876                                         break;
3877                         }
3878                         addr += PAGE_SIZE;
3879                         src_pte++;
3880                 }
3881         }
3882 out:
3883         vm_page_unlock_queues();
3884         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3885         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3886 }       
3887
3888 /*
3889  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
3890  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3891  */
3892 void
3893 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3894 {
3895         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3896
3897         pagezero((void *)va);
3898 }
3899
3900 /*
3901  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3902  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3903  *
3904  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3905  */
3906 void
3907 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3908 {
3909         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3910
3911         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3912                 pagezero((void *)va);
3913         else
3914                 bzero((char *)va + off, size);
3915 }
3916
3917 /*
3918  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
3919  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
3920  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
3921  *      outside of Giant.
3922  */
3923 void
3924 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
3925 {
3926         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3927
3928         pagezero((void *)va);
3929 }
3930
3931 /*
3932  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3933  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3934  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3935  *      time.
3936  */
3937 void
3938 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3939 {
3940         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3941         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3942
3943         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3944 }
3945
3946 /*
3947  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3948  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3949  * be changed upwards or downwards in the future; it
3950  * is only necessary that true be returned for a small
3951  * subset of pmaps for proper page aging.
3952  */
3953 boolean_t
3954 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3955 {
3956         struct md_page *pvh;
3957         pv_entry_t pv;
3958         int loops = 0;
3959         boolean_t rv;
3960
3961         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3962             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3963         rv = FALSE;
3964         vm_page_lock_queues();
3965         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3966                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3967                         rv = TRUE;
3968                         break;
3969                 }
3970                 loops++;
3971                 if (loops >= 16)
3972                         break;
3973         }
3974         if (!rv && loops < 16) {
3975                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3976                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3977                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3978                                 rv = TRUE;
3979                                 break;
3980                         }
3981                         loops++;
3982                         if (loops >= 16)
3983                                 break;
3984                 }
3985         }
3986         vm_page_unlock_queues();
3987         return (rv);
3988 }
3989
3990 /*
3991  *      pmap_page_wired_mappings:
3992  *
3993  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3994  *      that are wired.
3995  */
3996 int
3997 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3998 {
3999         int count;
4000
4001         count = 0;
4002         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4003                 return (count);
4004         vm_page_lock_queues();
4005         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4006         count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), count);
4007         vm_page_unlock_queues();
4008         return (count);
4009 }
4010
4011 /*
4012  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4013  *
4014  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4015  */
4016 static int
4017 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4018 {
4019         pmap_t pmap;
4020         pt_entry_t *pte;
4021         pv_entry_t pv;
4022
4023         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4024         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4025                 pmap = PV_PMAP(pv);
4026                 PMAP_LOCK(pmap);
4027                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4028                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4029                         count++;
4030                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4031         }
4032         return (count);
4033 }
4034
4035 /*
4036  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4037  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4038  */
4039 boolean_t
4040 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4041 {
4042         boolean_t rv;
4043
4044         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4045                 return (FALSE);
4046         vm_page_lock_queues();
4047         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4048             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list);
4049         vm_page_unlock_queues();
4050         return (rv);
4051 }
4052
4053 /*
4054  * Remove all pages from specified address space
4055  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4056  * is special cased for current process only, but
4057  * can have the more generic (and slightly slower)
4058  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4059  * in the case of running down an entire address space.
4060  */
4061 void
4062 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4063 {
4064         pd_entry_t ptepde;
4065         pt_entry_t *pte, tpte;
4066         vm_page_t free = NULL;
4067         vm_page_t m, mpte, mt;
4068         pv_entry_t pv;
4069         struct md_page *pvh;
4070         struct pv_chunk *pc, *npc;
4071         int field, idx;
4072         int64_t bit;
4073         uint64_t inuse, bitmask;
4074         int allfree;
4075
4076         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4077                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4078                 return;
4079         }
4080         vm_page_lock_queues();
4081         PMAP_LOCK(pmap);
4082         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4083                 allfree = 1;
4084                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4085                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
4086                         while (inuse != 0) {
4087                                 bit = bsfq(inuse);
4088                                 bitmask = 1UL << bit;
4089                                 idx = field * 64 + bit;
4090                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4091                                 inuse &= ~bitmask;
4092
4093                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4094                                 ptepde = *pte;
4095                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4096                                 tpte = *pte;
4097                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4098                                         ptepde = tpte;
4099                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4100                                             PG_FRAME);
4101                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4102                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4103                                 }
4104                                 if ((tpte & PG_V) == 0)
4105                                         panic("bad pte");
4106
4107 /*
4108  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4109  */
4110                                 if (tpte & PG_W) {
4111                                         allfree = 0;
4112                                         continue;
4113                                 }
4114
4115                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4116                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4117                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4118                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4119                                     (uintmax_t)tpte));
4120
4121                                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4122                                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4123                                         (uintmax_t)tpte));
4124
4125                                 pte_clear(pte);
4126
4127                                 /*
4128                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4129                                  */
4130                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4131                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4132                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4133                                                         vm_page_dirty(mt);
4134                                         } else
4135                                                 vm_page_dirty(m);
4136                                 }
4137
4138                                 /* Mark free */
4139                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4140                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4141                                 pv_entry_count--;
4142                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4143                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4144                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4145                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4146                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4147                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4148                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4149                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4150                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4151                                         }
4152                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4153                                         if (mpte != NULL) {
4154                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4155                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4156                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4157                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4158                                                 mpte->wire_count = 0;
4159                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4160                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4161                                         }
4162                                 } else {
4163                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4164                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4165                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
4166                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4167                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4168                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4169                                         }
4170                                 }
4171                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4172                         }
4173                 }
4174                 if (allfree) {
4175                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
4176                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
4177                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
4178                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4179                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4180                         dump_drop_page(m->phys_addr);
4181                         vm_page_unwire(m, 0);
4182                         vm_page_free(m);
4183                 }
4184         }
4185         pmap_invalidate_all(pmap);
4186         vm_page_unlock_queues();
4187         PMAP_UNLOCK(pmap);
4188         pmap_free_zero_pages(free);
4189 }
4190
4191 /*
4192  *      pmap_is_modified:
4193  *
4194  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4195  *      in any physical maps.
4196  */
4197 boolean_t
4198 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4199 {
4200         boolean_t rv;
4201
4202         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4203             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4204
4205         /*
4206          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be
4207          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4208          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4209          */
4210         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4211         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4212             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4213                 return (FALSE);
4214         vm_page_lock_queues();
4215         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4216             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4217         vm_page_unlock_queues();
4218         return (rv);
4219 }
4220
4221 /*
4222  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4223  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4224  * mappings are supported.
4225  */
4226 static boolean_t
4227 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4228 {
4229         pv_entry_t pv;
4230         pt_entry_t *pte;
4231         pmap_t pmap;
4232         boolean_t rv;
4233
4234         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4235         rv = FALSE;
4236         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4237                 pmap = PV_PMAP(pv);
4238                 PMAP_LOCK(pmap);
4239                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4240                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4241                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4242                 if (rv)
4243                         break;
4244         }
4245         return (rv);
4246 }
4247
4248 /*
4249  *      pmap_is_prefaultable:
4250  *
4251  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4252  *      for prefault.
4253  */
4254 boolean_t
4255 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4256 {
4257         pd_entry_t *pde;
4258         pt_entry_t *pte;
4259         boolean_t rv;
4260
4261         rv = FALSE;
4262         PMAP_LOCK(pmap);
4263         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4264         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4265                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4266                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4267         }
4268         PMAP_UNLOCK(pmap);
4269         return (rv);
4270 }
4271
4272 /*
4273  *      pmap_is_referenced:
4274  *
4275  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4276  *      in any physical maps.
4277  */
4278 boolean_t
4279 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4280 {
4281         boolean_t rv;
4282
4283         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4284             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4285         vm_page_lock_queues();
4286         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4287             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4288         vm_page_unlock_queues();
4289         return (rv);
4290 }
4291
4292 /*
4293  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4294  * otherwise.  Both page and 2mpage mappings are supported.
4295  */
4296 static boolean_t
4297 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4298 {
4299         pv_entry_t pv;
4300         pt_entry_t *pte;
4301         pmap_t pmap;
4302         boolean_t rv;
4303
4304         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4305         rv = FALSE;
4306         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4307                 pmap = PV_PMAP(pv);
4308                 PMAP_LOCK(pmap);
4309                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4310                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4311                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4312                 if (rv)
4313                         break;
4314         }
4315         return (rv);
4316 }
4317
4318 /*
4319  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4320  */
4321 void
4322 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4323 {
4324         struct md_page *pvh;
4325         pmap_t pmap;
4326         pv_entry_t next_pv, pv;
4327         pd_entry_t *pde;
4328         pt_entry_t oldpte, *pte;
4329         vm_offset_t va;
4330
4331         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4332             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4333
4334         /*
4335          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be set by
4336          * another thread while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4337          * is clear, no page table entries need updating.
4338          */
4339         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4340         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4341             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4342                 return;
4343         vm_page_lock_queues();
4344         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4345         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4346                 pmap = PV_PMAP(pv);
4347                 PMAP_LOCK(pmap);
4348                 va = pv->pv_va;
4349                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4350                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4351                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4352                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4353         }
4354         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4355                 pmap = PV_PMAP(pv);
4356                 PMAP_LOCK(pmap);
4357                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4358                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4359                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4360                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4361 retry:
4362                 oldpte = *pte;
4363                 if (oldpte & PG_RW) {
4364                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4365                             ~(PG_RW | PG_M)))
4366                                 goto retry;
4367                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4368                                 vm_page_dirty(m);
4369                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4370                 }
4371                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4372         }
4373         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4374         vm_page_unlock_queues();
4375 }
4376
4377 /*
4378  *      pmap_ts_referenced:
4379  *
4380  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4381  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4382  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4383  *      reference bits set.
4384  *
4385  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4386  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4387  *      optimal aging of shared pages.
4388  */
4389 int
4390 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4391 {
4392         struct md_page *pvh;
4393         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4394         pmap_t pmap;
4395         pd_entry_t oldpde, *pde;
4396         pt_entry_t *pte;
4397         vm_offset_t va;
4398         int rtval = 0;
4399
4400         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4401             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4402         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4403         vm_page_lock_queues();
4404         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4405                 pmap = PV_PMAP(pv);
4406                 PMAP_LOCK(pmap);
4407                 va = pv->pv_va;
4408                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4409                 oldpde = *pde;
4410                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4411                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4412                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4413                                         /*
4414                                          * Remove the mapping to a single page
4415                                          * so that a subsequent access may
4416                                          * repromote.  Since the underlying
4417                                          * page table page is fully populated,
4418                                          * this removal never frees a page
4419                                          * table page.
4420                                          */
4421                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4422                                             PG_PS_FRAME);
4423                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4424                                         rtval++;
4425                                         if (rtval > 4) {
4426                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4427                                                 goto out;
4428                                         }
4429                                 }
4430                         }
4431                 }
4432                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4433         }
4434         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4435                 pvf = pv;
4436                 do {
4437                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4438                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4439                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4440                         pmap = PV_PMAP(pv);
4441                         PMAP_LOCK(pmap);
4442                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4443                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4444                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4445                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4446                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4447                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4448                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4449                                 rtval++;
4450                                 if (rtval > 4)
4451                                         pvn = NULL;
4452                         }
4453                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4454                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4455         }
4456 out:
4457         vm_page_unlock_queues();
4458         return (rtval);
4459 }
4460
4461 /*
4462  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4463  */
4464 void
4465 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4466 {
4467         struct md_page *pvh;
4468         pmap_t pmap;
4469         pv_entry_t next_pv, pv;
4470         pd_entry_t oldpde, *pde;
4471         pt_entry_t oldpte, *pte;
4472         vm_offset_t va;
4473
4474         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4475             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4476         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4477         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
4478             ("pmap_clear_modify: page %p is busy", m));
4479
4480         /*
4481          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4482          * If the object containing the page is locked and the page is not
4483          * VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4484          */
4485         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4486                 return;
4487         vm_page_lock_queues();
4488         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4489         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4490                 pmap = PV_PMAP(pv);
4491                 PMAP_LOCK(pmap);
4492                 va = pv->pv_va;
4493                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4494                 oldpde = *pde;
4495                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4496                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4497                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4498                                         /*
4499                                          * Write protect the mapping to a
4500                                          * single page so that a subsequent
4501                                          * write access may repromote.
4502                                          */
4503                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4504                                             PG_PS_FRAME);
4505                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4506                                         oldpte = *pte;
4507                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4508                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4509                                                     oldpte,
4510                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4511                                                         oldpte = *pte;
4512                                                 vm_page_dirty(m);
4513                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4514                                         }
4515                                 }
4516                         }
4517                 }
4518                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4519         }
4520         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4521                 pmap = PV_PMAP(pv);
4522                 PMAP_LOCK(pmap);
4523                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4524                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4525                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4526                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4527                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4528                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4529                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4530                 }
4531                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4532         }
4533         vm_page_unlock_queues();
4534 }
4535
4536 /*
4537  *      pmap_clear_reference:
4538  *
4539  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4540  */
4541 void
4542 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4543 {
4544         struct md_page *pvh;
4545         pmap_t pmap;
4546         pv_entry_t next_pv, pv;
4547         pd_entry_t oldpde, *pde;
4548         pt_entry_t *pte;
4549         vm_offset_t va;
4550
4551         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4552             ("pmap_clear_reference: page %p is not managed", m));
4553         vm_page_lock_queues();
4554         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4555         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4556                 pmap = PV_PMAP(pv);
4557                 PMAP_LOCK(pmap);
4558                 va = pv->pv_va;
4559                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4560                 oldpde = *pde;
4561                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4562                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4563                                 /*
4564                                  * Remove the mapping to a single page so
4565                                  * that a subsequent access may repromote.
4566                                  * Since the underlying page table page is
4567                                  * fully populated, this removal never frees
4568                                  * a page table page.
4569                                  */
4570                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4571                                     PG_PS_FRAME);
4572                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4573                         }
4574                 }
4575                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4576         }
4577         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4578                 pmap = PV_PMAP(pv);
4579                 PMAP_LOCK(pmap);
4580                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4581                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4582                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4583                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4584                 if (*pte & PG_A) {
4585                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4586                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4587                 }
4588                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4589         }
4590         vm_page_unlock_queues();
4591 }
4592
4593 /*
4594  * Miscellaneous support routines follow
4595  */
4596
4597 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4598 static __inline void
4599 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4600 {
4601         u_int opte, npte;
4602
4603         /*
4604          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4605          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4606          */
4607         do {
4608                 opte = *(u_int *)pte;
4609                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4610                 npte |= cache_bits;
4611         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4612 }
4613
4614 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4615 static __inline void
4616 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4617 {
4618         u_int opde, npde;
4619
4620         /*
4621          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4622          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4623          */
4624         do {
4625                 opde = *(u_int *)pde;
4626                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
4627                 npde |= cache_bits;
4628         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4629 }
4630
4631 /*
4632  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4633  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4634  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4635  * NOT real memory.
4636  */
4637 void *
4638 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4639 {
4640         vm_offset_t va, offset;
4641         vm_size_t tmpsize;
4642
4643         /*
4644          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
4645          * map window, use the direct map. 
4646          */
4647         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
4648                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
4649                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
4650                         return ((void *)va);
4651         }
4652         offset = pa & PAGE_MASK;
4653         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4654         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4655         if (!va)
4656                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4657         pa = trunc_page(pa);
4658         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4659                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
4660         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
4661         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
4662         return ((void *)(va + offset));
4663 }
4664
4665 void *
4666 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4667 {
4668
4669         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4670 }
4671
4672 void *
4673 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4674 {
4675
4676         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4677 }
4678
4679 void
4680 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4681 {
4682         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4683
4684         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
4685         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
4686                 return;
4687         base = trunc_page(va);
4688         offset = va & PAGE_MASK;
4689         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4690         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4691                 pmap_kremove(tmpva);
4692         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4693         kmem_free(kernel_map, base, size);
4694 }
4695
4696 /*
4697  * Tries to demote a 1GB page mapping.
4698  */
4699 static boolean_t
4700 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
4701 {
4702         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
4703         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
4704         vm_paddr_t mpdepa;
4705         vm_page_t mpde;
4706
4707         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4708         oldpdpe = *pdpe;
4709         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4710             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
4711         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4712             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4713                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
4714                     " in pmap %p", va, pmap);
4715                 return (FALSE);
4716         }
4717         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
4718         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
4719         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4720         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
4721             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
4722         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4723             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
4724         newpde = oldpdpe;
4725
4726         /*
4727          * Initialize the page directory page.
4728          */
4729         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
4730                 *pde = newpde;
4731                 newpde += NBPDR;
4732         }
4733
4734         /*
4735          * Demote the mapping.
4736          */
4737         *pdpe = newpdpe;
4738
4739         /*
4740          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
4741          */
4742         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
4743
4744         pmap_pdpe_demotions++;
4745         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
4746             " in pmap %p", va, pmap);
4747         return (TRUE);
4748 }
4749
4750 /*
4751  * Sets the memory attribute for the specified page.
4752  */
4753 void
4754 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4755 {
4756
4757         m->md.pat_mode = ma;
4758
4759         /*
4760          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4761          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4762          * required for data coherence.
4763          */
4764         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4765             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4766             m->md.pat_mode))
4767                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4768 }
4769
4770 /*
4771  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4772  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4773  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4774  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4775  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4776  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4777  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4778  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4779  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4780  * same physical page have different memory types.
4781  *
4782  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4783  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4784  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4785  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4786  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4787  * virtual address range or the direct map.
4788  */
4789 int
4790 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4791 {
4792         int error;
4793
4794         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4795         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4796         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4797         return (error);
4798 }
4799
4800 static int
4801 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4802 {
4803         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4804         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
4805         pdp_entry_t *pdpe;
4806         pd_entry_t *pde;
4807         pt_entry_t *pte;
4808         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
4809         boolean_t changed;
4810
4811         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4812         base = trunc_page(va);
4813         offset = va & PAGE_MASK;
4814         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4815
4816         /*
4817          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
4818          * map but excluding the recursive map.
4819          */
4820         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
4821                 return (EINVAL);
4822
4823         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
4824         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
4825         changed = FALSE;
4826
4827         /*
4828          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
4829          * into 4KB pages if required.
4830          */
4831         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4832                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4833                 if (*pdpe == 0)
4834                         return (EINVAL);
4835                 if (*pdpe & PG_PS) {
4836                         /*
4837                          * If the current 1GB page already has the required
4838                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4839                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
4840                          */
4841                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4842                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4843                                 continue;
4844                         }
4845
4846                         /*
4847                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
4848                          * and there is at least 1GB left within the range, then
4849                          * we need not break down this page into 2MB pages.
4850                          */
4851                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
4852                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
4853                                 tmpva += NBPDP;
4854                                 continue;
4855                         }
4856                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
4857                                 return (ENOMEM);
4858                 }
4859                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4860                 if (*pde == 0)
4861                         return (EINVAL);
4862                 if (*pde & PG_PS) {
4863                         /*
4864                          * If the current 2MB page already has the required
4865                          * memory type, then we need not demote this page. Just
4866                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
4867                          */
4868                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
4869                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4870                                 continue;
4871                         }
4872
4873                         /*
4874                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
4875                          * and there is at least 2MB left within the range, then
4876                          * we need not break down this page into 4KB pages.
4877                          */
4878                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
4879                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
4880                                 tmpva += NBPDR;
4881                                 continue;
4882                         }
4883                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
4884                                 return (ENOMEM);
4885                 }
4886                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4887                 if (*pte == 0)
4888                         return (EINVAL);
4889                 tmpva += PAGE_SIZE;
4890         }
4891         error = 0;
4892
4893         /*
4894          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
4895          * cache mode if required.
4896          */
4897         pa_start = pa_end = 0;
4898         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4899                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
4900                 if (*pdpe & PG_PS) {
4901                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4902                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
4903                                 changed = TRUE;
4904                         }
4905                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4906                                 if (pa_start == pa_end) {
4907                                         /* Start physical address run. */
4908                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4909                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4910                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
4911                                         pa_end += NBPDP;
4912                                 else {
4913                                         /* Run ended, update direct map. */
4914                                         error = pmap_change_attr_locked(
4915                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4916                                             pa_end - pa_start, mode);
4917                                         if (error != 0)
4918                                                 break;
4919                                         /* Start physical address run. */
4920                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
4921                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
4922                                 }
4923                         }
4924                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
4925                         continue;
4926                 }
4927                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
4928                 if (*pde & PG_PS) {
4929                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
4930                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
4931                                 changed = TRUE;
4932                         }
4933                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4934                                 if (pa_start == pa_end) {
4935                                         /* Start physical address run. */
4936                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4937                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4938                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
4939                                         pa_end += NBPDR;
4940                                 else {
4941                                         /* Run ended, update direct map. */
4942                                         error = pmap_change_attr_locked(
4943                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4944                                             pa_end - pa_start, mode);
4945                                         if (error != 0)
4946                                                 break;
4947                                         /* Start physical address run. */
4948                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
4949                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
4950                                 }
4951                         }
4952                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
4953                 } else {
4954                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
4955                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
4956                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
4957                                 changed = TRUE;
4958                         }
4959                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4960                                 if (pa_start == pa_end) {
4961                                         /* Start physical address run. */
4962                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4963                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4964                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
4965                                         pa_end += PAGE_SIZE;
4966                                 else {
4967                                         /* Run ended, update direct map. */
4968                                         error = pmap_change_attr_locked(
4969                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4970                                             pa_end - pa_start, mode);
4971                                         if (error != 0)
4972                                                 break;
4973                                         /* Start physical address run. */
4974                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
4975                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
4976                                 }
4977                         }
4978                         tmpva += PAGE_SIZE;
4979                 }
4980         }
4981         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
4982                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
4983                     pa_end - pa_start, mode);
4984
4985         /*
4986          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
4987          * shouldn't be, etc.
4988          */
4989         if (changed) {
4990                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
4991                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
4992         }
4993         return (error);
4994 }
4995
4996 /*
4997  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
4998  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
4999  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
5000  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
5001  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
5002  */
5003 void
5004 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
5005 {
5006         pdp_entry_t *pdpe;
5007         pd_entry_t *pde;
5008         vm_offset_t va;
5009         boolean_t changed;
5010
5011         if (len == 0)
5012                 return;
5013         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
5014         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
5015             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
5016         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
5017                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
5018                 changed = FALSE;
5019                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5020                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5021                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5022                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
5023                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5024                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
5025                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
5026                         changed = TRUE;
5027                 }
5028                 if (len < NBPDR) {
5029                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5030                         if ((*pde & PG_V) == 0)
5031                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
5032                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5033                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
5034                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
5035                                 changed = TRUE;
5036                         }
5037                 }
5038                 if (changed && invalidate)
5039                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
5040                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5041         }
5042 }
5043
5044 /*
5045  * perform the pmap work for mincore
5046  */
5047 int
5048 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5049 {
5050         pd_entry_t *pdep;
5051         pt_entry_t pte;
5052         vm_paddr_t pa;
5053         int val;
5054
5055         PMAP_LOCK(pmap);
5056 retry:
5057         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5058         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
5059                 if (*pdep & PG_PS) {
5060                         pte = *pdep;
5061                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5062                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5063                             PG_FRAME;
5064                         val = MINCORE_SUPER;
5065                 } else {
5066                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
5067                         pa = pte & PG_FRAME;
5068                         val = 0;
5069                 }
5070         } else {
5071                 pte = 0;
5072                 pa = 0;
5073                 val = 0;
5074         }
5075         if ((pte & PG_V) != 0) {
5076                 val |= MINCORE_INCORE;
5077                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5078                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5079                 if ((pte & PG_A) != 0)
5080                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5081         }
5082         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5083             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5084             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5085                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5086                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5087                         goto retry;
5088         } else
5089                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5090         PMAP_UNLOCK(pmap);
5091         return (val);
5092 }
5093
5094 void
5095 pmap_activate(struct thread *td)
5096 {
5097         pmap_t  pmap, oldpmap;
5098         u_int   cpuid;
5099         u_int64_t  cr3;
5100
5101         critical_enter();
5102         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5103         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5104         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5105 #ifdef SMP
5106         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5107         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5108 #else
5109         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5110         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5111 #endif
5112         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
5113         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5114         load_cr3(cr3);
5115         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5116         critical_exit();
5117 }
5118
5119 void
5120 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5121 {
5122 }
5123
5124 /*
5125  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5126  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5127  */
5128 void
5129 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5130     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5131 {
5132         vm_offset_t superpage_offset;
5133
5134         if (size < NBPDR)
5135                 return;
5136         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5137                 offset += ptoa(object->pg_color);
5138         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5139         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5140             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5141                 return;
5142         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5143                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5144         else
5145                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5146 }