]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.2.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
- Copy stable/9 to releng/9.2 as part of the 9.2-RELEASE cycle.
[FreeBSD/releng/9.2.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 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/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/mutex.h>
120 #include <sys/proc.h>
121 #include <sys/rwlock.h>
122 #include <sys/sx.h>
123 #include <sys/vmmeter.h>
124 #include <sys/sched.h>
125 #include <sys/sysctl.h>
126 #ifdef SMP
127 #include <sys/smp.h>
128 #else
129 #include <sys/cpuset.h>
130 #endif
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_reserv.h>
142 #include <vm/uma.h>
143
144 #include <machine/intr_machdep.h>
145 #include <machine/apicvar.h>
146 #include <machine/cpu.h>
147 #include <machine/cputypes.h>
148 #include <machine/md_var.h>
149 #include <machine/pcb.h>
150 #include <machine/specialreg.h>
151 #ifdef SMP
152 #include <machine/smp.h>
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 #ifdef PV_STATS
166 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
167 #else
168 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
169 #endif
170
171 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
172 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
173
174 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
175
176 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
177                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
178
179 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
180         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
181         struct rwlock *_new_lock;                       \
182                                                         \
183         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
184         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
185                 if (*_lockp != NULL)                    \
186                         rw_wunlock(*_lockp);            \
187                 *_lockp = _new_lock;                    \
188                 rw_wlock(*_lockp);                      \
189         }                                               \
190 } while (0)
191
192 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
193                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
194
195 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
196         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
197                                                         \
198         if (*_lockp != NULL) {                          \
199                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
200                 *_lockp = NULL;                         \
201         }                                               \
202 } while (0)
203
204 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
205                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
206
207 struct pmap kernel_pmap_store;
208
209 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
210 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
211
212 static int ndmpdp;
213 static vm_paddr_t dmaplimit;
214 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
215 pt_entry_t pg_nx;
216
217 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
218
219 static int pat_works = 1;
220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
221     "Is page attribute table fully functional?");
222
223 static int pg_ps_enabled = 1;
224 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
225     "Are large page mappings enabled?");
226
227 #define PAT_INDEX_SIZE  8
228 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
229
230 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
231 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
232 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
233 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
234
235 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
236 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
237
238 /*
239  * Isolate the global pv list lock from data and other locks to prevent false
240  * sharing within the cache.
241  */
242 static struct {
243         struct rwlock   lock;
244         char            padding[CACHE_LINE_SIZE - sizeof(struct rwlock)];
245 } pvh_global __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
246
247 #define pvh_global_lock pvh_global.lock
248
249 /*
250  * Data for the pv entry allocation mechanism
251  */
252 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
253 static struct mtx pv_chunks_mutex;
254 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
255 static struct md_page *pv_table;
256
257 /*
258  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
259  */
260 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
261 caddr_t CADDR1 = 0;
262
263 /*
264  * Crashdump maps.
265  */
266 static caddr_t crashdumpmap;
267
268 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
269 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
270 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
271 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
272 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
273 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
274                     struct rwlock **lockp);
275 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
276                     struct rwlock **lockp);
277 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
278                     struct rwlock **lockp);
279 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
280                     struct rwlock **lockp);
281 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
282 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
283                     vm_offset_t va);
284 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
285
286 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
287 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
288 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
289     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
290 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
291     vm_offset_t va);
292 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
293     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
294 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
295     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
296 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
297 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
298 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
299 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
300 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
301 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
302 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
303 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
304     struct rwlock **lockp);
305 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
306     vm_prot_t prot);
307 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
308 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
309                 vm_page_t *free, struct rwlock **lockp);
310 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq,
311                 vm_offset_t sva, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free,
312                 struct rwlock **lockp);
313 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
314 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
315     vm_page_t *free);
316 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
317     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
318 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
319     pd_entry_t newpde);
320 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
321
322 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
323                 struct rwlock **lockp);
324 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
325                 struct rwlock **lockp);
326 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
327                 struct rwlock **lockp);
328
329 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
330                 vm_page_t *free);
331 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, vm_page_t *);
332 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
333
334 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
335 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
336
337 /*
338  * Move the kernel virtual free pointer to the next
339  * 2MB.  This is used to help improve performance
340  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
341  * (.text, .data, .bss)
342  */
343 static vm_offset_t
344 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
345 {
346         vm_offset_t newaddr = addr;
347
348         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
349         return (newaddr);
350 }
351
352 /********************/
353 /* Inline functions */
354 /********************/
355
356 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
357 static __inline vm_pindex_t
358 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
359 {
360         return (va >> PDRSHIFT);
361 }
362
363
364 /* Return various clipped indexes for a given VA */
365 static __inline vm_pindex_t
366 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
367 {
368
369         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
370 }
371
372 static __inline vm_pindex_t
373 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
374 {
375
376         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
377 }
378
379 static __inline vm_pindex_t
380 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
381 {
382
383         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
384 }
385
386 static __inline vm_pindex_t
387 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
388 {
389
390         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
391 }
392
393 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
394 static __inline pml4_entry_t *
395 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
396 {
397
398         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
399 }
400
401 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
402 static __inline pdp_entry_t *
403 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
404 {
405         pdp_entry_t *pdpe;
406
407         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
408         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
409 }
410
411 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
412 static __inline pdp_entry_t *
413 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
414 {
415         pml4_entry_t *pml4e;
416
417         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
418         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
419                 return (NULL);
420         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
421 }
422
423 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
424 static __inline pd_entry_t *
425 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
426 {
427         pd_entry_t *pde;
428
429         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
430         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
431 }
432
433 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
434 static __inline pd_entry_t *
435 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
436 {
437         pdp_entry_t *pdpe;
438
439         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
440         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
441                 return (NULL);
442         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
443 }
444
445 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
446 static __inline pt_entry_t *
447 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
448 {
449         pt_entry_t *pte;
450
451         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
452         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
453 }
454
455 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
456 static __inline pt_entry_t *
457 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
458 {
459         pd_entry_t *pde;
460
461         pde = pmap_pde(pmap, va);
462         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
463                 return (NULL);
464         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
465                 return ((pt_entry_t *)pde);
466         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
467 }
468
469 static __inline void
470 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
471 {
472
473         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
474         pmap->pm_stats.resident_count += count;
475 }
476
477 static __inline void
478 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
479 {
480
481         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
482         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
483 }
484
485 PMAP_INLINE pt_entry_t *
486 vtopte(vm_offset_t va)
487 {
488         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
489
490         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
491 }
492
493 static __inline pd_entry_t *
494 vtopde(vm_offset_t va)
495 {
496         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
497
498         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
499 }
500
501 static u_int64_t
502 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
503 {
504         u_int64_t ret;
505
506         ret = *firstaddr;
507         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
508         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
509         return (ret);
510 }
511
512 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
513
514 static void
515 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
516 {
517         int i, j, ndm1g;
518
519         /* Allocate pages */
520         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
521         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
522         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
523         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
524
525         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
526         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
527                 ndmpdp = 4;
528         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
529         ndm1g = 0;
530         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
531                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
532         if (ndm1g < ndmpdp)
533                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
534         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
535
536         /* Fill in the underlying page table pages */
537         /* Read-only from zero to physfree */
538         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
539         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
540                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] = i << PAGE_SHIFT;
541                 ((pt_entry_t *)KPTphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
542         }
543
544         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
545         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
546                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
547                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
548         }
549
550         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
551         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
552         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
553                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
554                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
555         }
556
557         /* And connect up the PD to the PDP */
558         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
559                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] = KPDphys +
560                     (i << PAGE_SHIFT);
561                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + KPDPI] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
562         }
563
564         /*
565          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
566          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
567          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
568          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
569          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
570          * that are partially used. 
571          */
572         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
573                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
574                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
575                 ((pd_entry_t *)DMPDphys)[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
576                     PG_M | PG_A;
577         }
578         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
579                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
580                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
581                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
582                     PG_M | PG_A;
583         }
584         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
585                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys + (j << PAGE_SHIFT);
586                 ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
587         }
588
589         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
590         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
591         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
592
593         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
594         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
595                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] = DMPDPphys +
596                     (i << PAGE_SHIFT);
597                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
598         }
599
600         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
601         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
602         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
603 }
604
605 /*
606  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
607  *
608  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
609  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
610  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
611  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
612  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
613  *      (physical) address starting relative to 0]
614  */
615 void
616 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
617 {
618         vm_offset_t va;
619         pt_entry_t *pte, *unused;
620
621         /*
622          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
623          */
624         create_pagetables(firstaddr);
625
626         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
627         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
628
629         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
630
631
632         /* XXX do %cr0 as well */
633         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
634         load_cr3(KPML4phys);
635         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
636                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
637
638         /*
639          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
640          */
641         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
642         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
643         kernel_pmap->pm_root = NULL;
644         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
645         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
646
647         /*
648          * Initialize the global pv list lock.
649          */
650         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
651
652         /*
653          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
654          * mapping of pages.
655          */
656 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
657         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
658
659         va = virtual_avail;
660         pte = vtopte(va);
661
662         /*
663          * CMAP1 is only used for the memory test.
664          */
665         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
666
667         /*
668          * Crashdump maps.
669          */
670         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
671
672         virtual_avail = va;
673
674         /* Initialize the PAT MSR. */
675         pmap_init_pat();
676 }
677
678 /*
679  * Setup the PAT MSR.
680  */
681 void
682 pmap_init_pat(void)
683 {
684         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
685         uint64_t pat_msr;
686         u_long cr0, cr4;
687         int i;
688
689         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
690         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
691                 panic("no PAT??");
692
693         /* Set default PAT index table. */
694         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
695                 pat_table[i] = -1;
696         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
697         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
698         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
699         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
700         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
701         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
702
703         /* Initialize default PAT entries. */
704         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
705             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
706             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
707             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
708             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
709             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
710             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
711             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
712
713         if (pat_works) {
714                 /*
715                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
716                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
717                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
718                  */
719                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
720                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
721                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
722                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
723                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
724                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
725         } else {
726                 /*
727                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
728                  */
729                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
730                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
731                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
732         }
733
734         /* Disable PGE. */
735         cr4 = rcr4();
736         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
737
738         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
739         cr0 = rcr0();
740         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
741
742         /* Flushes caches and TLBs. */
743         wbinvd();
744         invltlb();
745
746         /* Update PAT and index table. */
747         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
748         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
749                 pat_index[i] = pat_table[i];
750
751         /* Flush caches and TLBs again. */
752         wbinvd();
753         invltlb();
754
755         /* Restore caches and PGE. */
756         load_cr0(cr0);
757         load_cr4(cr4);
758 }
759
760 /*
761  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
762  */
763 void
764 pmap_page_init(vm_page_t m)
765 {
766
767         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
768         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
769 }
770
771 /*
772  *      Initialize the pmap module.
773  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
774  *      system needs to map virtual memory.
775  */
776 void
777 pmap_init(void)
778 {
779         vm_page_t mpte;
780         vm_size_t s;
781         int i, pv_npg;
782
783         /*
784          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
785          * page table pages.
786          */ 
787         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
788                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
789                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
790                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
791                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
792                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
793                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
794         }
795
796         /*
797          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
798          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
799          * machine monitor.
800          */
801         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
802             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
803                 workaround_erratum383 = 1;
804
805         /*
806          * Are large page mappings enabled?
807          */
808         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
809         if (pg_ps_enabled) {
810                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
811                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
812                 pagesizes[1] = NBPDR;
813         }
814
815         /*
816          * Initialize the pv chunk list mutex.
817          */
818         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
819
820         /*
821          * Initialize the pool of pv list locks.
822          */
823         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
824                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
825
826         /*
827          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
828          */
829         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
830         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
831
832         /*
833          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
834          */
835         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
836         s = round_page(s);
837         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
838         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
839                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
840 }
841
842 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
843     "2MB page mapping counters");
844
845 static u_long pmap_pde_demotions;
846 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
847     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
848
849 static u_long pmap_pde_mappings;
850 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
851     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
852
853 static u_long pmap_pde_p_failures;
854 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
855     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
856
857 static u_long pmap_pde_promotions;
858 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
859     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
860
861 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
862     "1GB page mapping counters");
863
864 static u_long pmap_pdpe_demotions;
865 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
866     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
867
868 /***************************************************
869  * Low level helper routines.....
870  ***************************************************/
871
872 /*
873  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
874  * caching mode.
875  */
876 static int
877 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
878 {
879         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
880
881         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
882                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
883
884         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
885         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
886
887         /* Map the caching mode to a PAT index. */
888         pat_idx = pat_index[mode];
889
890         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
891         cache_bits = 0;
892         if (pat_idx & 0x4)
893                 cache_bits |= pat_flag;
894         if (pat_idx & 0x2)
895                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
896         if (pat_idx & 0x1)
897                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
898         return (cache_bits);
899 }
900
901 /*
902  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
903  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
904  * calling processor's TLB is affected.
905  *
906  * The calling thread must be pinned to a processor.
907  */
908 static void
909 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
910 {
911         u_long cr4;
912
913         if ((newpde & PG_PS) == 0)
914                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
915                 invlpg(va);
916         else if ((newpde & PG_G) == 0)
917                 /*
918                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
919                  * because there are too many to flush individually.
920                  */
921                 invltlb();
922         else {
923                 /*
924                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
925                  * including any global (PG_G) mappings.
926                  */
927                 cr4 = rcr4();
928                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
929                 /*
930                  * Although preemption at this point could be detrimental to
931                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
932                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
933                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
934                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
935                  */
936                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
937         }
938 }
939 #ifdef SMP
940 /*
941  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
942  *
943  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
944  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
945  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
946  * processor could cache an old, pre-update entry without being
947  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
948  * active on another processor after its pm_active field is checked by
949  * one of the following functions but before a store updating the page
950  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
951  * processor before its pm_active field is checked but due to
952  * speculative loads one of the following functions stills reads the
953  * pmap as inactive on the other processor.
954  * 
955  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
956  * immutable.  The kernel page table is always active on every
957  * processor.
958  */
959 void
960 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
961 {
962         cpuset_t other_cpus;
963         u_int cpuid;
964
965         sched_pin();
966         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
967                 invlpg(va);
968                 smp_invlpg(va);
969         } else {
970                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
971                 other_cpus = all_cpus;
972                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
973                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
974                         invlpg(va);
975                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
976                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
977                         smp_masked_invlpg(other_cpus, va);
978         }
979         sched_unpin();
980 }
981
982 void
983 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
984 {
985         cpuset_t other_cpus;
986         vm_offset_t addr;
987         u_int cpuid;
988
989         sched_pin();
990         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
991                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
992                         invlpg(addr);
993                 smp_invlpg_range(sva, eva);
994         } else {
995                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
996                 other_cpus = all_cpus;
997                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
998                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
999                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1000                                 invlpg(addr);
1001                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1002                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1003                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, sva, eva);
1004         }
1005         sched_unpin();
1006 }
1007
1008 void
1009 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1010 {
1011         cpuset_t other_cpus;
1012         u_int cpuid;
1013
1014         sched_pin();
1015         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1016                 invltlb();
1017                 smp_invltlb();
1018         } else {
1019                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1020                 other_cpus = all_cpus;
1021                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1022                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1023                         invltlb();
1024                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1025                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1026                         smp_masked_invltlb(other_cpus);
1027         }
1028         sched_unpin();
1029 }
1030
1031 void
1032 pmap_invalidate_cache(void)
1033 {
1034
1035         sched_pin();
1036         wbinvd();
1037         smp_cache_flush();
1038         sched_unpin();
1039 }
1040
1041 struct pde_action {
1042         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1043         vm_offset_t va;
1044         pd_entry_t *pde;
1045         pd_entry_t newpde;
1046         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1047 };
1048
1049 static void
1050 pmap_update_pde_action(void *arg)
1051 {
1052         struct pde_action *act = arg;
1053
1054         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1055                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1056 }
1057
1058 static void
1059 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1060 {
1061         struct pde_action *act = arg;
1062
1063         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1064                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1069  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1070  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1071  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1072  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1073  * hardware error.
1074  */
1075 static void
1076 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1077 {
1078         struct pde_action act;
1079         cpuset_t active, other_cpus;
1080         u_int cpuid;
1081
1082         sched_pin();
1083         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1084         other_cpus = all_cpus;
1085         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1086         if (pmap == kernel_pmap)
1087                 active = all_cpus;
1088         else
1089                 active = pmap->pm_active;
1090         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1091                 act.store = cpuid;
1092                 act.invalidate = active;
1093                 act.va = va;
1094                 act.pde = pde;
1095                 act.newpde = newpde;
1096                 CPU_SET(cpuid, &active);
1097                 smp_rendezvous_cpus(active,
1098                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1099                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1100         } else {
1101                 pde_store(pde, newpde);
1102                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1103                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1104         }
1105         sched_unpin();
1106 }
1107 #else /* !SMP */
1108 /*
1109  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1110  * We inline these within pmap.c for speed.
1111  */
1112 PMAP_INLINE void
1113 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1114 {
1115
1116         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1117                 invlpg(va);
1118 }
1119
1120 PMAP_INLINE void
1121 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1122 {
1123         vm_offset_t addr;
1124
1125         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1126                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1127                         invlpg(addr);
1128 }
1129
1130 PMAP_INLINE void
1131 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1132 {
1133
1134         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1135                 invltlb();
1136 }
1137
1138 PMAP_INLINE void
1139 pmap_invalidate_cache(void)
1140 {
1141
1142         wbinvd();
1143 }
1144
1145 static void
1146 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1147 {
1148
1149         pde_store(pde, newpde);
1150         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1151                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1152 }
1153 #endif /* !SMP */
1154
1155 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1156
1157 void
1158 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1159 {
1160
1161         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1162             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1163         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1164             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1165
1166         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1167                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1168         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1169             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1170
1171                 /*
1172                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1173                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1174                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1175                  * don't need to flush for that range anyway.
1176                  */
1177                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1178                         return;
1179
1180                 /*
1181                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1182                  * instruction to insure that previous stores are
1183                  * included in the write-back.  The processor
1184                  * propagates flush to other processors in the cache
1185                  * coherence domain.
1186                  */
1187                 mfence();
1188                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1189                         clflush(sva);
1190                 mfence();
1191         } else {
1192
1193                 /*
1194                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1195                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1196                  * Globally invalidate cache.
1197                  */
1198                 pmap_invalidate_cache();
1199         }
1200 }
1201
1202 /*
1203  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1204  *
1205  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1206  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1207  * when moving pages into a different cache domain.
1208  */
1209 void
1210 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1211 {
1212         vm_offset_t daddr, eva;
1213         int i;
1214
1215         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1216             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1217                 pmap_invalidate_cache();
1218         else {
1219                 mfence();
1220                 for (i = 0; i < count; i++) {
1221                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1222                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1223                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1224                                 clflush(daddr);
1225                 }
1226                 mfence();
1227         }
1228 }
1229
1230 /*
1231  * Are we current address space or kernel?
1232  */
1233 static __inline int
1234 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1235 {
1236         return (pmap == kernel_pmap ||
1237             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1238 }
1239
1240 /*
1241  *      Routine:        pmap_extract
1242  *      Function:
1243  *              Extract the physical page address associated
1244  *              with the given map/virtual_address pair.
1245  */
1246 vm_paddr_t 
1247 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1248 {
1249         pdp_entry_t *pdpe;
1250         pd_entry_t *pde;
1251         pt_entry_t *pte;
1252         vm_paddr_t pa;
1253
1254         pa = 0;
1255         PMAP_LOCK(pmap);
1256         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1257         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1258                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1259                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1260                 else {
1261                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1262                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1263                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1264                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1265                                             (va & PDRMASK);
1266                                 } else {
1267                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1268                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1269                                             (va & PAGE_MASK);
1270                                 }
1271                         }
1272                 }
1273         }
1274         PMAP_UNLOCK(pmap);
1275         return (pa);
1276 }
1277
1278 /*
1279  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1280  *      Function:
1281  *              Atomically extract and hold the physical page
1282  *              with the given pmap and virtual address pair
1283  *              if that mapping permits the given protection.
1284  */
1285 vm_page_t
1286 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1287 {
1288         pd_entry_t pde, *pdep;
1289         pt_entry_t pte;
1290         vm_paddr_t pa;
1291         vm_page_t m;
1292
1293         pa = 0;
1294         m = NULL;
1295         PMAP_LOCK(pmap);
1296 retry:
1297         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1298         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1299                 if (pde & PG_PS) {
1300                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1301                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1302                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1303                                         goto retry;
1304                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1305                                     (va & PDRMASK));
1306                                 vm_page_hold(m);
1307                         }
1308                 } else {
1309                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1310                         if ((pte & PG_V) &&
1311                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1312                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1313                                     &pa))
1314                                         goto retry;
1315                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1316                                 vm_page_hold(m);
1317                         }
1318                 }
1319         }
1320         PA_UNLOCK_COND(pa);
1321         PMAP_UNLOCK(pmap);
1322         return (m);
1323 }
1324
1325 vm_paddr_t
1326 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1327 {
1328         pd_entry_t pde;
1329         vm_paddr_t pa;
1330
1331         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1332                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1333         } else {
1334                 pde = *vtopde(va);
1335                 if (pde & PG_PS) {
1336                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1337                 } else {
1338                         /*
1339                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1340                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1341                          * be used to access the PTE because it would use the
1342                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1343                          * because the page table page is preserved by the
1344                          * promotion.
1345                          */
1346                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1347                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1348                 }
1349         }
1350         return (pa);
1351 }
1352
1353 /***************************************************
1354  * Low level mapping routines.....
1355  ***************************************************/
1356
1357 /*
1358  * Add a wired page to the kva.
1359  * Note: not SMP coherent.
1360  */
1361 PMAP_INLINE void 
1362 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1363 {
1364         pt_entry_t *pte;
1365
1366         pte = vtopte(va);
1367         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1368 }
1369
1370 static __inline void
1371 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1372 {
1373         pt_entry_t *pte;
1374
1375         pte = vtopte(va);
1376         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1377 }
1378
1379 /*
1380  * Remove a page from the kernel pagetables.
1381  * Note: not SMP coherent.
1382  */
1383 PMAP_INLINE void
1384 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1385 {
1386         pt_entry_t *pte;
1387
1388         pte = vtopte(va);
1389         pte_clear(pte);
1390 }
1391
1392 /*
1393  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1394  *      virtual address space.
1395  *
1396  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1397  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1398  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1399  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1400  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1401  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1402  *      region.
1403  */
1404 vm_offset_t
1405 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1406 {
1407         return PHYS_TO_DMAP(start);
1408 }
1409
1410
1411 /*
1412  * Add a list of wired pages to the kva
1413  * this routine is only used for temporary
1414  * kernel mappings that do not need to have
1415  * page modification or references recorded.
1416  * Note that old mappings are simply written
1417  * over.  The page *must* be wired.
1418  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1419  */
1420 void
1421 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1422 {
1423         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1424         vm_page_t m;
1425
1426         oldpte = 0;
1427         pte = vtopte(sva);
1428         endpte = pte + count;
1429         while (pte < endpte) {
1430                 m = *ma++;
1431                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1432                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1433                         oldpte |= *pte;
1434                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1435                 }
1436                 pte++;
1437         }
1438         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1439                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1440                     PAGE_SIZE);
1441 }
1442
1443 /*
1444  * This routine tears out page mappings from the
1445  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1446  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1447  */
1448 void
1449 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1450 {
1451         vm_offset_t va;
1452
1453         va = sva;
1454         while (count-- > 0) {
1455                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
1456                 pmap_kremove(va);
1457                 va += PAGE_SIZE;
1458         }
1459         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1460 }
1461
1462 /***************************************************
1463  * Page table page management routines.....
1464  ***************************************************/
1465 static __inline void
1466 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1467 {
1468         vm_page_t m;
1469
1470         while (free != NULL) {
1471                 m = free;
1472                 free = m->right;
1473                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1474                 vm_page_free_toq(m);
1475         }
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1480  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1481  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1482  */
1483 static __inline void
1484 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1485 {
1486
1487         if (set_PG_ZERO)
1488                 m->flags |= PG_ZERO;
1489         else
1490                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1491         m->right = *free;
1492         *free = m;
1493 }
1494         
1495 /*
1496  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1497  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1498  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1499  * ordered by this virtual address range.
1500  */
1501 static void
1502 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1503 {
1504         vm_page_t root;
1505
1506         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1507         root = pmap->pm_root;
1508         if (root == NULL) {
1509                 mpte->left = NULL;
1510                 mpte->right = NULL;
1511         } else {
1512                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1513                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1514                         mpte->left = root->left;
1515                         mpte->right = root;
1516                         root->left = NULL;
1517                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1518                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1519                 else {
1520                         mpte->right = root->right;
1521                         mpte->left = root;
1522                         root->right = NULL;
1523                 }
1524         }
1525         pmap->pm_root = mpte;
1526 }
1527
1528 /*
1529  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1530  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1531  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1532  */
1533 static vm_page_t
1534 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1535 {
1536         vm_page_t mpte;
1537         vm_pindex_t pindex = pmap_pde_pindex(va);
1538
1539         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1540         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1541                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1542                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1543                         mpte = NULL;
1544         }
1545         return (mpte);
1546 }
1547
1548 /*
1549  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1550  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1551  * the pmap's collection.
1552  */
1553 static void
1554 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1555 {
1556         vm_page_t root;
1557
1558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1559         if (mpte != pmap->pm_root) {
1560                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1561                 KASSERT(mpte == root,
1562                     ("pmap_remove_pt_page: mpte %p is missing from pmap %p",
1563                     mpte, pmap));
1564         }
1565         if (mpte->left == NULL)
1566                 root = mpte->right;
1567         else {
1568                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1569                 root->right = mpte->right;
1570         }
1571         pmap->pm_root = root;
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1576  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1577  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1578  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1579  */
1580 static inline boolean_t
1581 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1582 {
1583
1584         --m->wire_count;
1585         if (m->wire_count == 0) {
1586                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1587                 return (TRUE);
1588         } else
1589                 return (FALSE);
1590 }
1591
1592 static void
1593 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1594 {
1595
1596         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1597         /*
1598          * unmap the page table page
1599          */
1600         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1601                 /* PDP page */
1602                 pml4_entry_t *pml4;
1603                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1604                 *pml4 = 0;
1605         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1606                 /* PD page */
1607                 pdp_entry_t *pdp;
1608                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1609                 *pdp = 0;
1610         } else {
1611                 /* PTE page */
1612                 pd_entry_t *pd;
1613                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1614                 *pd = 0;
1615         }
1616         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1617         if (m->pindex < NUPDE) {
1618                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1619                 vm_page_t pdpg;
1620
1621                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1622                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1623         }
1624         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1625                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1626                 vm_page_t pdppg;
1627
1628                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1629                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
1630         }
1631
1632         /*
1633          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1634          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1635          * down is begun.
1636          */
1637         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1638
1639         /* 
1640          * Put page on a list so that it is released after
1641          * *ALL* TLB shootdown is done
1642          */
1643         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1644 }
1645
1646 /*
1647  * After removing a page table entry, this routine is used to
1648  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1649  */
1650 static int
1651 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free)
1652 {
1653         vm_page_t mpte;
1654
1655         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1656                 return (0);
1657         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1658         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1659         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1660 }
1661
1662 void
1663 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1664 {
1665
1666         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1667         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1668         pmap->pm_root = NULL;
1669         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1670         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1671         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1672         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1673 }
1674
1675 /*
1676  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1677  * such as one in a vmspace structure.
1678  */
1679 int
1680 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1681 {
1682         vm_page_t pml4pg;
1683         int i;
1684
1685         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1686
1687         /*
1688          * allocate the page directory page
1689          */
1690         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1691             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1692                 VM_WAIT;
1693
1694         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
1695
1696         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1697                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1698
1699         /* Wire in kernel global address entries. */
1700         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1701         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++) {
1702                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1703                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1704         }
1705
1706         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1707         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1708
1709         pmap->pm_root = NULL;
1710         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1711         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1712         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1713
1714         return (1);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1719  *
1720  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1721  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1722  *
1723  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1724  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1725  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1726  * race conditions.
1727  */
1728 static vm_page_t
1729 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1730 {
1731         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1732
1733         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1734
1735         /*
1736          * Allocate a page table page.
1737          */
1738         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1739             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1740                 if (lockp != NULL) {
1741                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1742                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1743                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1744                         VM_WAIT;
1745                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1746                         PMAP_LOCK(pmap);
1747                 }
1748
1749                 /*
1750                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1751                  * page may have been allocated.
1752                  */
1753                 return (NULL);
1754         }
1755         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1756                 pmap_zero_page(m);
1757
1758         /*
1759          * Map the pagetable page into the process address space, if
1760          * it isn't already there.
1761          */
1762
1763         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1764                 pml4_entry_t *pml4;
1765                 vm_pindex_t pml4index;
1766
1767                 /* Wire up a new PDPE page */
1768                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1769                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1770                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1771
1772         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1773                 vm_pindex_t pml4index;
1774                 vm_pindex_t pdpindex;
1775                 pml4_entry_t *pml4;
1776                 pdp_entry_t *pdp;
1777
1778                 /* Wire up a new PDE page */
1779                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1780                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1781
1782                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1783                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1784                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1785                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1786                             lockp) == NULL) {
1787                                 --m->wire_count;
1788                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1789                                 vm_page_free_zero(m);
1790                                 return (NULL);
1791                         }
1792                 } else {
1793                         /* Add reference to pdp page */
1794                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1795                         pdppg->wire_count++;
1796                 }
1797                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1798
1799                 /* Now find the pdp page */
1800                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1801                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1802
1803         } else {
1804                 vm_pindex_t pml4index;
1805                 vm_pindex_t pdpindex;
1806                 pml4_entry_t *pml4;
1807                 pdp_entry_t *pdp;
1808                 pd_entry_t *pd;
1809
1810                 /* Wire up a new PTE page */
1811                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1812                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1813
1814                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1815                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1816                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1817                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1818                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1819                             lockp) == NULL) {
1820                                 --m->wire_count;
1821                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1822                                 vm_page_free_zero(m);
1823                                 return (NULL);
1824                         }
1825                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1826                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1827                 } else {
1828                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1829                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1830                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1831                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
1832                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
1833                                     lockp) == NULL) {
1834                                         --m->wire_count;
1835                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
1836                                             1);
1837                                         vm_page_free_zero(m);
1838                                         return (NULL);
1839                                 }
1840                         } else {
1841                                 /* Add reference to the pd page */
1842                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1843                                 pdpg->wire_count++;
1844                         }
1845                 }
1846                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1847
1848                 /* Now we know where the page directory page is */
1849                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1850                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1851         }
1852
1853         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1854
1855         return (m);
1856 }
1857
1858 static vm_page_t
1859 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1860 {
1861         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
1862         pdp_entry_t *pdpe;
1863         vm_page_t pdpg;
1864
1865 retry:
1866         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1867         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1868                 /* Add a reference to the pd page. */
1869                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
1870                 pdpg->wire_count++;
1871         } else {
1872                 /* Allocate a pd page. */
1873                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1874                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1875                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
1876                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
1877                         goto retry;
1878         }
1879         return (pdpg);
1880 }
1881
1882 static vm_page_t
1883 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1884 {
1885         vm_pindex_t ptepindex;
1886         pd_entry_t *pd;
1887         vm_page_t m;
1888
1889         /*
1890          * Calculate pagetable page index
1891          */
1892         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1893 retry:
1894         /*
1895          * Get the page directory entry
1896          */
1897         pd = pmap_pde(pmap, va);
1898
1899         /*
1900          * This supports switching from a 2MB page to a
1901          * normal 4K page.
1902          */
1903         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1904                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
1905                         /*
1906                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
1907                          * the deallocation of the underlying PD page.
1908                          */
1909                         pd = NULL;
1910                 }
1911         }
1912
1913         /*
1914          * If the page table page is mapped, we just increment the
1915          * hold count, and activate it.
1916          */
1917         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1918                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
1919                 m->wire_count++;
1920         } else {
1921                 /*
1922                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1923                  * deallocated.
1924                  */
1925                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
1926                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1927                         goto retry;
1928         }
1929         return (m);
1930 }
1931
1932
1933 /***************************************************
1934  * Pmap allocation/deallocation routines.
1935  ***************************************************/
1936
1937 /*
1938  * Release any resources held by the given physical map.
1939  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1940  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1941  */
1942 void
1943 pmap_release(pmap_t pmap)
1944 {
1945         vm_page_t m;
1946         int i;
1947
1948         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1949             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1950             pmap->pm_stats.resident_count));
1951         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1952             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1953
1954         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
1955
1956         pmap->pm_pml4[KPML4I] = 0;      /* KVA */
1957         for (i = 0; i < NDMPML4E; i++)  /* Direct Map */
1958                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
1959         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
1960
1961         m->wire_count--;
1962         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1963         vm_page_free_zero(m);
1964         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1965 }
1966 \f
1967 static int
1968 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1969 {
1970         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1971
1972         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1973 }
1974 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1975     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1976
1977 static int
1978 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1979 {
1980         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1981
1982         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1983 }
1984 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1985     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1986
1987 /*
1988  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1989  */
1990 void
1991 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1992 {
1993         vm_paddr_t paddr;
1994         vm_page_t nkpg;
1995         pd_entry_t *pde, newpdir;
1996         pdp_entry_t *pdpe;
1997
1998         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1999
2000         /*
2001          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2002          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2003          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2004          *
2005          * The correctness of this action is based on the following
2006          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2007          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2008          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2009          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2010          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2011          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2012          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2013          * "KERNBASE".
2014          */
2015         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + NKPT * NBPDR)
2016                 return;
2017
2018         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2019         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2020                 addr = kernel_map->max_offset;
2021         while (kernel_vm_end < addr) {
2022                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2023                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2024                         /* We need a new PDP entry */
2025                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2026                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2027                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2028                         if (nkpg == NULL)
2029                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2030                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2031                                 pmap_zero_page(nkpg);
2032                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2033                         *pdpe = (pdp_entry_t)
2034                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2035                         continue; /* try again */
2036                 }
2037                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2038                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
2039                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2040                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2041                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2042                                 break;                       
2043                         }
2044                         continue;
2045                 }
2046
2047                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2048                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2049                     VM_ALLOC_ZERO);
2050                 if (nkpg == NULL)
2051                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2052                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2053                         pmap_zero_page(nkpg);
2054                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2055                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2056                 pde_store(pde, newpdir);
2057
2058                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2059                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2060                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2061                         break;                       
2062                 }
2063         }
2064 }
2065
2066
2067 /***************************************************
2068  * page management routines.
2069  ***************************************************/
2070
2071 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2072 CTASSERT(_NPCM == 3);
2073 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2074
2075 static __inline struct pv_chunk *
2076 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2077 {
2078
2079         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2080 }
2081
2082 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2083
2084 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2085 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2086 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2087
2088 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2089
2090 #ifdef PV_STATS
2091 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2092
2093 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2094         "Current number of pv entry chunks");
2095 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2096         "Current number of pv entry chunks allocated");
2097 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2098         "Current number of pv entry chunks frees");
2099 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2100         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2101
2102 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2103 static int pv_entry_spare;
2104
2105 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2106         "Current number of pv entry frees");
2107 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2108         "Current number of pv entry allocs");
2109 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2110         "Current number of pv entries");
2111 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2112         "Current number of spare pv entries");
2113 #endif
2114
2115 /*
2116  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2117  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2118  * another pv entry chunk.
2119  *
2120  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2121  *
2122  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2123  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2124  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2125  */
2126 static vm_page_t
2127 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2128 {
2129         struct pch new_tail;
2130         struct pv_chunk *pc;
2131         struct md_page *pvh;
2132         pd_entry_t *pde;
2133         pmap_t pmap;
2134         pt_entry_t *pte, tpte;
2135         pv_entry_t pv;
2136         vm_offset_t va;
2137         vm_page_t free, m, m_pc;
2138         uint64_t inuse;
2139         int bit, field, freed;
2140         
2141         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2142         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2143         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2144         pmap = NULL;
2145         free = m_pc = NULL;
2146         TAILQ_INIT(&new_tail);
2147         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2148         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && free == NULL) {
2149                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2150                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2151                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2152                         if (pmap != NULL) {
2153                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2154                                 if (pmap != locked_pmap)
2155                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2156                         }
2157                         pmap = pc->pc_pmap;
2158                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2159                         if (pmap > locked_pmap) {
2160                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2161                                 PMAP_LOCK(pmap);
2162                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2163                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2164                                 pmap = NULL;
2165                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2166                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2167                                 continue;
2168                         }
2169                 }
2170
2171                 /*
2172                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2173                  */
2174                 freed = 0;
2175                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2176                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2177                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2178                                 bit = bsfq(inuse);
2179                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2180                                 va = pv->pv_va;
2181                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2182                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2183                                         continue;
2184                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2185                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2186                                         continue;
2187                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2188                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2189                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2190                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2191                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2192                                         vm_page_dirty(m);
2193                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2194                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2195                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2196                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2197                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2198                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2199                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2200                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2201                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2202                                                     PGA_WRITEABLE);
2203                                         }
2204                                 }
2205                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2206                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);   
2207                                 freed++;
2208                         }
2209                 }
2210                 if (freed == 0) {
2211                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2212                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2213                         continue;
2214                 }
2215                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2216                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2217                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2218                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2219                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2220                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2221                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2222                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2223                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2224                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2225                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2226                         /* Entire chunk is free; return it. */
2227                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2228                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2229                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2230                         break;
2231                 }
2232                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2233                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2234                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2235                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2236                 if (pmap == locked_pmap)
2237                         break;
2238         }
2239         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2240         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2241         if (pmap != NULL) {
2242                 pmap_invalidate_all(pmap);
2243                 if (pmap != locked_pmap)
2244                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2245         }
2246         if (m_pc == NULL && free != NULL) {
2247                 m_pc = free;
2248                 free = m_pc->right;
2249                 /* Recycle a freed page table page. */
2250                 m_pc->wire_count = 1;
2251                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2252         }
2253         pmap_free_zero_pages(free);
2254         return (m_pc);
2255 }
2256
2257 /*
2258  * free the pv_entry back to the free list
2259  */
2260 static void
2261 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2262 {
2263         struct pv_chunk *pc;
2264         int idx, field, bit;
2265
2266         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2267         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2268         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2269         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2270         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2271         pc = pv_to_chunk(pv);
2272         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2273         field = idx / 64;
2274         bit = idx % 64;
2275         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2276         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2277             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2278                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2279                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2280                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2281                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2282                 }
2283                 return;
2284         }
2285         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2286         free_pv_chunk(pc);
2287 }
2288
2289 static void
2290 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2291 {
2292         vm_page_t m;
2293
2294         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2295         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2296         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2297         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2298         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2299         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2300         /* entire chunk is free, return it */
2301         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2302         dump_drop_page(m->phys_addr);
2303         vm_page_unwire(m, 0);
2304         vm_page_free(m);
2305 }
2306
2307 /*
2308  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2309  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2310  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2311  * returned.
2312  *
2313  * The given PV list lock may be released.
2314  */
2315 static pv_entry_t
2316 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2317 {
2318         int bit, field;
2319         pv_entry_t pv;
2320         struct pv_chunk *pc;
2321         vm_page_t m;
2322
2323         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2324         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2325         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2326 retry:
2327         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2328         if (pc != NULL) {
2329                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2330                         if (pc->pc_map[field]) {
2331                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2332                                 break;
2333                         }
2334                 }
2335                 if (field < _NPCM) {
2336                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2337                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2338                         /* If this was the last item, move it to tail */
2339                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2340                             pc->pc_map[2] == 0) {
2341                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2342                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2343                                     pc_list);
2344                         }
2345                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2346                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2347                         return (pv);
2348                 }
2349         }
2350         /* No free items, allocate another chunk */
2351         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2352             VM_ALLOC_WIRED);
2353         if (m == NULL) {
2354                 if (lockp == NULL) {
2355                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2356                         return (NULL);
2357                 }
2358                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2359                 if (m == NULL)
2360                         goto retry;
2361         }
2362         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2363         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2364         dump_add_page(m->phys_addr);
2365         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2366         pc->pc_pmap = pmap;
2367         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2368         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2369         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2370         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2371         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2372         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2373         pv = &pc->pc_pventry[0];
2374         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2375         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2376         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2377         return (pv);
2378 }
2379
2380 /*
2381  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2382  */
2383 static int
2384 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2385 {
2386         int count;
2387
2388         /*
2389          * This simple method of counting the one bits performs well because
2390          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2391          */
2392         count = 0;
2393         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2394                 count++;
2395         return (count);
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2400  * exceeds the given count, "needed".
2401  *
2402  * The given PV list lock may be released.
2403  */
2404 static void
2405 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2406 {
2407         struct pch new_tail;
2408         struct pv_chunk *pc;
2409         int avail, free;
2410         vm_page_t m;
2411
2412         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2413         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2414         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2415
2416         /*
2417          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2418          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2419          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2420          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2421          */
2422         TAILQ_INIT(&new_tail);
2423 retry:
2424         avail = 0;
2425         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2426                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2427                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2428                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
2429                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
2430                 } else {
2431                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
2432                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
2433                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
2434                 }
2435                 if (free == 0)
2436                         break;
2437                 avail += free;
2438                 if (avail >= needed)
2439                         break;
2440         }
2441         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2442                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2443                     VM_ALLOC_WIRED);
2444                 if (m == NULL) {
2445                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2446                         if (m == NULL)
2447                                 goto retry;
2448                 }
2449                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2450                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2451                 dump_add_page(m->phys_addr);
2452                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2453                 pc->pc_pmap = pmap;
2454                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2455                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2456                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2457                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2458                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2459                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2460         }
2461         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2462                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2463                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2464                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2465         }
2466 }
2467
2468 /*
2469  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2470  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2471  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2472  * 2MB page mappings.
2473  */
2474 static __inline pv_entry_t
2475 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2476 {
2477         pv_entry_t pv;
2478
2479         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2480         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2481                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2482                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2483                         break;
2484                 }
2485         }
2486         return (pv);
2487 }
2488
2489 /*
2490  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2491  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2492  * entries for each of the 4KB page mappings.
2493  */
2494 static void
2495 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2496     struct rwlock **lockp)
2497 {
2498         struct md_page *pvh;
2499         struct pv_chunk *pc;
2500         pv_entry_t pv;
2501         vm_offset_t va_last;
2502         vm_page_t m;
2503         int bit, field;
2504
2505         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2506         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2507         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2508             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2509         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2510
2511         /*
2512          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2513          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2514          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2515          */
2516         pvh = pa_to_pvh(pa);
2517         va = trunc_2mpage(va);
2518         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2519         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2520         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2521         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2522         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2523         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
2524         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2525         for (;;) {
2526                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2527                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2528                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
2529                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2530                         while (pc->pc_map[field]) {
2531                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2532                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2533                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2534                                 va += PAGE_SIZE;
2535                                 pv->pv_va = va;
2536                                 m++;
2537                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2538                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2539                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2540                                 if (va == va_last)
2541                                         goto out;
2542                         }
2543                 }
2544                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2545                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2546         }
2547 out:
2548         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2549                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2550                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2551         }
2552         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
2553         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
2554 }
2555
2556 /*
2557  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2558  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2559  * for the 2MB page mapping.
2560  */
2561 static void
2562 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2563     struct rwlock **lockp)
2564 {
2565         struct md_page *pvh;
2566         pv_entry_t pv;
2567         vm_offset_t va_last;
2568         vm_page_t m;
2569
2570         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2571         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2572             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2573         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2574
2575         /*
2576          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2577          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2578          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2579          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2580          * mappings that is being promoted.
2581          */
2582         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2583         va = trunc_2mpage(va);
2584         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2585         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2586         pvh = pa_to_pvh(pa);
2587         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2588         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2589         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2590         do {
2591                 m++;
2592                 va += PAGE_SIZE;
2593                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2594         } while (va < va_last);
2595 }
2596
2597 /*
2598  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2599  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2600  * page mappings.
2601  */
2602 static void
2603 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2604 {
2605         pv_entry_t pv;
2606
2607         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2608         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2609         free_pv_entry(pmap, pv);
2610 }
2611
2612 /*
2613  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2614  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2615  */
2616 static boolean_t
2617 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2618     struct rwlock **lockp)
2619 {
2620         pv_entry_t pv;
2621
2622         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2623         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2624         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2625         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2626                 pv->pv_va = va;
2627                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2628                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2629                 return (TRUE);
2630         } else
2631                 return (FALSE);
2632 }
2633
2634 /*
2635  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
2636  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2637  */
2638 static boolean_t
2639 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2640     struct rwlock **lockp)
2641 {
2642         struct md_page *pvh;
2643         pv_entry_t pv;
2644
2645         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2646         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2647         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2648         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2649                 pv->pv_va = va;
2650                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2651                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2652                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2653                 return (TRUE);
2654         } else
2655                 return (FALSE);
2656 }
2657
2658 /*
2659  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2660  */
2661 static void
2662 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2663 {
2664         pt_entry_t *pte;
2665
2666         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2667                 *pte = newpte;
2668                 newpte += PAGE_SIZE;
2669         }
2670 }
2671
2672 /*
2673  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2674  * mapping is invalidated.
2675  */
2676 static boolean_t
2677 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2678 {
2679         struct rwlock *lock;
2680         boolean_t rv;
2681
2682         lock = NULL;
2683         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
2684         if (lock != NULL)
2685                 rw_wunlock(lock);
2686         return (rv);
2687 }
2688
2689 static boolean_t
2690 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
2691     struct rwlock **lockp)
2692 {
2693         pd_entry_t newpde, oldpde;
2694         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2695         vm_paddr_t mptepa;
2696         vm_page_t free, mpte;
2697
2698         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2699         oldpde = *pde;
2700         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2701             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2702         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2703         if (mpte != NULL)
2704                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2705         else {
2706                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2707                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2708                     " is missing"));
2709
2710                 /*
2711                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2712                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2713                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2714                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2715                  * the page allocation request specifies the highest possible
2716                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2717                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2718                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2719                  * is the only part of the kernel address space that must be
2720                  * handled here.
2721                  */
2722                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2723                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2724                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2725                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2726                         free = NULL;
2727                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
2728                             lockp);
2729                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2730                         pmap_free_zero_pages(free);
2731                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2732                             " in pmap %p", va, pmap);
2733                         return (FALSE);
2734                 }
2735                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2736                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2737         }
2738         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2739         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2740         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2741         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2742             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2743         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2744             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2745         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2746         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2747                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2748
2749         /*
2750          * If the page table page is new, initialize it.
2751          */
2752         if (mpte->wire_count == 1) {
2753                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2754                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2755         }
2756         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2757             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2758             " addresses"));
2759
2760         /*
2761          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2762          * entries.
2763          */
2764         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2765                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2766
2767         /*
2768          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2769          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
2770          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
2771          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
2772          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
2773          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2774          */
2775         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2776                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
2777
2778         /*
2779          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2780          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2781          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2782          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2783          * the read above and the store below. 
2784          */
2785         if (workaround_erratum383)
2786                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2787         else
2788                 pde_store(pde, newpde);
2789
2790         /*
2791          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2792          */
2793         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2794                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2795
2796         /*
2797          * Demote the PV entry.
2798          */
2799         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2800                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
2801
2802         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
2803         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
2804             " in pmap %p", va, pmap);
2805         return (TRUE);
2806 }
2807
2808 /*
2809  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2810  */
2811 static int
2812 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2813     vm_page_t *free, struct rwlock **lockp)
2814 {
2815         struct md_page *pvh;
2816         pd_entry_t oldpde;
2817         vm_offset_t eva, va;
2818         vm_page_t m, mpte;
2819
2820         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2821         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2822             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
2823         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2824         if (oldpde & PG_W)
2825                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2826
2827         /*
2828          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2829          * PG_G.
2830          */
2831         if (oldpde & PG_G)
2832                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2833         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
2834         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2835                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
2836                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2837                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2838                 eva = sva + NBPDR;
2839                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2840                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2841                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2842                                 vm_page_dirty(m);
2843                         if (oldpde & PG_A)
2844                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2845                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2846                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2847                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2848                 }
2849         }
2850         if (pmap == kernel_pmap) {
2851                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pdq, sva, lockp))
2852                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2853         } else {
2854                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2855                 if (mpte != NULL) {
2856                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2857                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2858                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2859                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2860                         mpte->wire_count = 0;
2861                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2862                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2863                 }
2864         }
2865         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
2866 }
2867
2868 /*
2869  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2870  */
2871 static int
2872 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
2873     pd_entry_t ptepde, vm_page_t *free, struct rwlock **lockp)
2874 {
2875         struct md_page *pvh;
2876         pt_entry_t oldpte;
2877         vm_page_t m;
2878
2879         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2880         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2881         if (oldpte & PG_W)
2882                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2883         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2884         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2885                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2886                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2887                         vm_page_dirty(m);
2888                 if (oldpte & PG_A)
2889                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2890                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2891                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2892                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2893                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2894                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2895                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2896                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2897                 }
2898         }
2899         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
2900 }
2901
2902 /*
2903  * Remove a single page from a process address space
2904  */
2905 static void
2906 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, vm_page_t *free)
2907 {
2908         struct rwlock *lock;
2909         pt_entry_t *pte;
2910
2911         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2912         if ((*pde & PG_V) == 0)
2913                 return;
2914         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2915         if ((*pte & PG_V) == 0)
2916                 return;
2917         lock = NULL;
2918         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
2919         if (lock != NULL)
2920                 rw_wunlock(lock);
2921         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2922 }
2923
2924 /*
2925  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2926  *
2927  *      It is assumed that the start and end are properly
2928  *      rounded to the page size.
2929  */
2930 void
2931 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2932 {
2933         struct rwlock *lock;
2934         vm_offset_t va, va_next;
2935         pml4_entry_t *pml4e;
2936         pdp_entry_t *pdpe;
2937         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2938         pt_entry_t *pte;
2939         vm_page_t free = NULL;
2940         int anyvalid;
2941
2942         /*
2943          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2944          */
2945         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2946                 return;
2947
2948         anyvalid = 0;
2949
2950         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2951         PMAP_LOCK(pmap);
2952
2953         /*
2954          * special handling of removing one page.  a very
2955          * common operation and easy to short circuit some
2956          * code.
2957          */
2958         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2959                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2960                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2961                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
2962                         goto out;
2963                 }
2964         }
2965
2966         lock = NULL;
2967         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2968
2969                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2970                         break;
2971
2972                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2973                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2974                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2975                         if (va_next < sva)
2976                                 va_next = eva;
2977                         continue;
2978                 }
2979
2980                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2981                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2982                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2983                         if (va_next < sva)
2984                                 va_next = eva;
2985                         continue;
2986                 }
2987
2988                 /*
2989                  * Calculate index for next page table.
2990                  */
2991                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2992                 if (va_next < sva)
2993                         va_next = eva;
2994
2995                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2996                 ptpaddr = *pde;
2997
2998                 /*
2999                  * Weed out invalid mappings.
3000                  */
3001                 if (ptpaddr == 0)
3002                         continue;
3003
3004                 /*
3005                  * Check for large page.
3006                  */
3007                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3008                         /*
3009                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3010                          * demote the mapping and fall through.
3011                          */
3012                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3013                                 /*
3014                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3015                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3016                                  */
3017                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3018                                         anyvalid = 1;
3019                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3020                                 continue;
3021                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3022                             &lock)) {
3023                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3024                                 continue;
3025                         } else
3026                                 ptpaddr = *pde;
3027                 }
3028
3029                 /*
3030                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3031                  * by the current page table page, or to the end of the
3032                  * range being removed.
3033                  */
3034                 if (va_next > eva)
3035                         va_next = eva;
3036
3037                 va = va_next;
3038                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3039                     sva += PAGE_SIZE) {
3040                         if (*pte == 0) {
3041                                 if (va != va_next) {
3042                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3043                                         va = va_next;
3044                                 }
3045                                 continue;
3046                         }
3047                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3048                                 anyvalid = 1;
3049                         else if (va == va_next)
3050                                 va = sva;
3051                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3052                             &lock)) {
3053                                 sva += PAGE_SIZE;
3054                                 break;
3055                         }
3056                 }
3057                 if (va != va_next)
3058                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3059         }
3060         if (lock != NULL)
3061                 rw_wunlock(lock);
3062 out:
3063         if (anyvalid)
3064                 pmap_invalidate_all(pmap);
3065         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3066         PMAP_UNLOCK(pmap);
3067         pmap_free_zero_pages(free);
3068 }
3069
3070 /*
3071  *      Routine:        pmap_remove_all
3072  *      Function:
3073  *              Removes this physical page from
3074  *              all physical maps in which it resides.
3075  *              Reflects back modify bits to the pager.
3076  *
3077  *      Notes:
3078  *              Original versions of this routine were very
3079  *              inefficient because they iteratively called
3080  *              pmap_remove (slow...)
3081  */
3082
3083 void
3084 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3085 {
3086         struct md_page *pvh;
3087         pv_entry_t pv;
3088         pmap_t pmap;
3089         pt_entry_t *pte, tpte;
3090         pd_entry_t *pde;
3091         vm_offset_t va;
3092         vm_page_t free;
3093
3094         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3095             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3096         free = NULL;
3097         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3098         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3099                 goto small_mappings;
3100         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3101         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3102                 pmap = PV_PMAP(pv);
3103                 PMAP_LOCK(pmap);
3104                 va = pv->pv_va;
3105                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3106                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3107                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3108         }
3109 small_mappings:
3110         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3111                 pmap = PV_PMAP(pv);
3112                 PMAP_LOCK(pmap);
3113                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3114                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3115                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3116                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3117                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3118                 tpte = pte_load_clear(pte);
3119                 if (tpte & PG_W)
3120                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3121                 if (tpte & PG_A)
3122                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3123
3124                 /*
3125                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3126                  */
3127                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3128                         vm_page_dirty(m);
3129                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3130                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3131                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3132                 free_pv_entry(pmap, pv);
3133                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3134         }
3135         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3136         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3137         pmap_free_zero_pages(free);
3138 }
3139
3140 /*
3141  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3142  */
3143 static boolean_t
3144 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3145 {
3146         pd_entry_t newpde, oldpde;
3147         vm_offset_t eva, va;
3148         vm_page_t m;
3149         boolean_t anychanged;
3150
3151         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3152         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3153             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3154         anychanged = FALSE;
3155 retry:
3156         oldpde = newpde = *pde;
3157         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3158                 eva = sva + NBPDR;
3159                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3160                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3161                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3162                                 vm_page_dirty(m);
3163         }
3164         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3165                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3166         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3167                 newpde |= pg_nx;
3168         if (newpde != oldpde) {
3169                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3170                         goto retry;
3171                 if (oldpde & PG_G)
3172                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3173                 else
3174                         anychanged = TRUE;
3175         }
3176         return (anychanged);
3177 }
3178
3179 /*
3180  *      Set the physical protection on the
3181  *      specified range of this map as requested.
3182  */
3183 void
3184 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3185 {
3186         vm_offset_t va_next;
3187         pml4_entry_t *pml4e;
3188         pdp_entry_t *pdpe;
3189         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3190         pt_entry_t *pte;
3191         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3192
3193         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3194                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3195                 return;
3196         }
3197
3198         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3199             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3200                 return;
3201
3202         pv_lists_locked = FALSE;
3203 resume:
3204         anychanged = FALSE;
3205
3206         PMAP_LOCK(pmap);
3207         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3208
3209                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3210                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3211                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3212                         if (va_next < sva)
3213                                 va_next = eva;
3214                         continue;
3215                 }
3216
3217                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3218                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3219                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3220                         if (va_next < sva)
3221                                 va_next = eva;
3222                         continue;
3223                 }
3224
3225                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3226                 if (va_next < sva)
3227                         va_next = eva;
3228
3229                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3230                 ptpaddr = *pde;
3231
3232                 /*
3233                  * Weed out invalid mappings.
3234                  */
3235                 if (ptpaddr == 0)
3236                         continue;
3237
3238                 /*
3239                  * Check for large page.
3240                  */
3241                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3242                         /*
3243                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3244                          * demote the mapping and fall through.
3245                          */
3246                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3247                                 /*
3248                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3249                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3250                                  */
3251                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3252                                         anychanged = TRUE;
3253                                 continue;
3254                         } else {
3255                                 if (!pv_lists_locked) {
3256                                         pv_lists_locked = TRUE;
3257                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3258                                                 if (anychanged)
3259                                                         pmap_invalidate_all(
3260                                                             pmap);
3261                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3262                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3263                                                 goto resume;
3264                                         }
3265                                 }
3266                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3267                                         /*
3268                                          * The large page mapping was
3269                                          * destroyed.
3270                                          */
3271                                         continue;
3272                                 }
3273                         }
3274                 }
3275
3276                 if (va_next > eva)
3277                         va_next = eva;
3278
3279                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3280                     sva += PAGE_SIZE) {
3281                         pt_entry_t obits, pbits;
3282                         vm_page_t m;
3283
3284 retry:
3285                         obits = pbits = *pte;
3286                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3287                                 continue;
3288
3289                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3290                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3291                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3292                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3293                                         vm_page_dirty(m);
3294                                 }
3295                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3296                         }
3297                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3298                                 pbits |= pg_nx;
3299
3300                         if (pbits != obits) {
3301                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3302                                         goto retry;
3303                                 if (obits & PG_G)
3304                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3305                                 else
3306                                         anychanged = TRUE;
3307                         }
3308                 }
3309         }
3310         if (anychanged)
3311                 pmap_invalidate_all(pmap);
3312         if (pv_lists_locked)
3313                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3314         PMAP_UNLOCK(pmap);
3315 }
3316
3317 /*
3318  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3319  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3320  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3321  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3322  * identical characteristics. 
3323  */
3324 static void
3325 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3326     struct rwlock **lockp)
3327 {
3328         pd_entry_t newpde;
3329         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3330         vm_offset_t oldpteva;
3331         vm_page_t mpte;
3332
3333         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3334
3335         /*
3336          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3337          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3338          * within a 2MB page. 
3339          */
3340         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3341 setpde:
3342         newpde = *firstpte;
3343         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3344                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3345                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3346                     " in pmap %p", va, pmap);
3347                 return;
3348         }
3349         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3350                 /*
3351                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3352                  * a TLB invalidation.
3353                  */
3354                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3355                         goto setpde;
3356                 newpde &= ~PG_RW;
3357         }
3358
3359         /*
3360          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3361          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3362          * characteristics to the first PTE.
3363          */
3364         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3365         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3366 setpte:
3367                 oldpte = *pte;
3368                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3369                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3370                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3371                             " in pmap %p", va, pmap);
3372                         return;
3373                 }
3374                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3375                         /*
3376                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3377                          * without a TLB invalidation.
3378                          */
3379                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3380                                 goto setpte;
3381                         oldpte &= ~PG_RW;
3382                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3383                             (va & ~PDRMASK);
3384                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3385                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3386                 }
3387                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3388                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3389                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3390                             " in pmap %p", va, pmap);
3391                         return;
3392                 }
3393                 pa -= PAGE_SIZE;
3394         }
3395
3396         /*
3397          * Save the page table page in its current state until the PDE
3398          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3399          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3400          */
3401         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3402         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3403             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3404             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3405         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3406             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3407         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3408
3409         /*
3410          * Promote the pv entries.
3411          */
3412         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3413                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3414
3415         /*
3416          * Propagate the PAT index to its proper position.
3417          */
3418         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3419                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3420
3421         /*
3422          * Map the superpage.
3423          */
3424         if (workaround_erratum383)
3425                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3426         else
3427                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3428
3429         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
3430         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3431             " in pmap %p", va, pmap);
3432 }
3433
3434 /*
3435  *      Insert the given physical page (p) at
3436  *      the specified virtual address (v) in the
3437  *      target physical map with the protection requested.
3438  *
3439  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3440  *      that the related pte can not be reclaimed.
3441  *
3442  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3443  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3444  *      insert this page into the given map NOW.
3445  */
3446 void
3447 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3448     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3449 {
3450         struct rwlock *lock;
3451         pd_entry_t *pde;
3452         pt_entry_t *pte;
3453         pt_entry_t newpte, origpte;
3454         pv_entry_t pv;
3455         vm_paddr_t opa, pa;
3456         vm_page_t mpte, om;
3457
3458         va = trunc_page(va);
3459         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3460         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3461             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
3462             va));
3463         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
3464             va >= kmi.clean_eva,
3465             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3466         KASSERT((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) != 0 ||
3467             VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
3468             ("pmap_enter: page %p is not busy", m));
3469         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3470         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3471         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3472                 newpte |= PG_M;
3473         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3474                 newpte |= PG_RW;
3475         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3476             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3477         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3478                 newpte |= pg_nx;
3479         if (wired)
3480                 newpte |= PG_W;
3481         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3482                 newpte |= PG_U;
3483         if (pmap == kernel_pmap)
3484                 newpte |= PG_G;
3485         newpte |= pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3486
3487         mpte = NULL;
3488
3489         lock = NULL;
3490         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3491         PMAP_LOCK(pmap);
3492
3493         /*
3494          * In the case that a page table page is not
3495          * resident, we are creating it here.
3496          */
3497 retry:
3498         pde = pmap_pde(pmap, va);
3499         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
3500             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
3501                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3502                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3503                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3504                         mpte->wire_count++;
3505                 }
3506         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3507                 /*
3508                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3509                  * deallocated.
3510                  */
3511                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
3512                 goto retry;
3513         } else
3514                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3515
3516         origpte = *pte;
3517
3518         /*
3519          * Is the specified virtual address already mapped?
3520          */
3521         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3522                 /*
3523                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3524                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3525                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3526                  * the PT page will be also.
3527                  */
3528                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3529                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3530                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3531                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3532
3533                 /*
3534                  * Remove the extra PT page reference.
3535                  */
3536                 if (mpte != NULL) {
3537                         mpte->wire_count--;
3538                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3539                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3540                              " va: 0x%lx", va));
3541                 }
3542
3543                 /*
3544                  * Has the physical page changed?
3545                  */
3546                 opa = origpte & PG_FRAME;
3547                 if (opa == pa) {
3548                         /*
3549                          * No, might be a protection or wiring change.
3550                          */
3551                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3552                                 newpte |= PG_MANAGED;
3553                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3554                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3555                         }
3556                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3557                                 goto unchanged;
3558                         goto validate;
3559                 }
3560         } else {
3561                 /*
3562                  * Increment the counters.
3563                  */
3564                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3565                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3566                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3567         }
3568
3569         /*
3570          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3571          */
3572         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3573                 newpte |= PG_MANAGED;
3574                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3575                 pv->pv_va = va;
3576                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3577                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3578                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3579                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3580         }
3581
3582         /*
3583          * Update the PTE.
3584          */
3585         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3586 validate:
3587                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3588                 opa = origpte & PG_FRAME;
3589                 if (opa != pa) {
3590                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3591                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3592                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
3593                                     PG_RW))
3594                                         vm_page_dirty(om);
3595                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3596                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3597                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3598                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3599                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3600                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3601                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3602                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3603                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3604                         }
3605                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
3606                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3607                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3608                                 vm_page_dirty(m);
3609
3610                         /*
3611                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3612                          * invalidation may nonetheless be required because
3613                          * the PTE no longer has PG_M set.
3614                          */
3615                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3616                         /*
3617                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3618                          */
3619                         goto unchanged;
3620                 }
3621                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3622                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3623         } else
3624                 pte_store(pte, newpte);
3625
3626 unchanged:
3627
3628         /*
3629          * If both the page table page and the reservation are fully
3630          * populated, then attempt promotion.
3631          */
3632         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3633             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3634             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3635                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
3636
3637         if (lock != NULL)
3638                 rw_wunlock(lock);
3639         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3640         PMAP_UNLOCK(pmap);
3641 }
3642
3643 /*
3644  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3645  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3646  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3647  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3648  */
3649 static boolean_t
3650 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3651     struct rwlock **lockp)
3652 {
3653         pd_entry_t *pde, newpde;
3654         vm_page_t free, mpde;
3655
3656         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3657         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3658         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
3659                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3660                     " in pmap %p", va, pmap);
3661                 return (FALSE);
3662         }
3663         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3664         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3665         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3666                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3667                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3668                 mpde->wire_count--;
3669                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3670                     " in pmap %p", va, pmap);
3671                 return (FALSE);
3672         }
3673         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3674             PG_PS | PG_V;
3675         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3676                 newpde |= PG_MANAGED;
3677
3678                 /*
3679                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3680                  */
3681                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3682                     lockp)) {
3683                         free = NULL;
3684                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
3685                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3686                                 pmap_free_zero_pages(free);
3687                         }
3688                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3689                             " in pmap %p", va, pmap);
3690                         return (FALSE);
3691                 }
3692         }
3693         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3694                 newpde |= pg_nx;
3695         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3696                 newpde |= PG_U;
3697
3698         /*
3699          * Increment counters.
3700          */
3701         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3702
3703         /*
3704          * Map the superpage.
3705          */
3706         pde_store(pde, newpde);
3707
3708         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3709         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3710             " in pmap %p", va, pmap);
3711         return (TRUE);
3712 }
3713
3714 /*
3715  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3716  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3717  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3718  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3719  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3720  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3721  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3722  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3723  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3724  * corresponding offset from m_start are mapped.
3725  */
3726 void
3727 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3728     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3729 {
3730         struct rwlock *lock;
3731         vm_offset_t va;
3732         vm_page_t m, mpte;
3733         vm_pindex_t diff, psize;
3734
3735         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3736         psize = atop(end - start);
3737         mpte = NULL;
3738         m = m_start;
3739         lock = NULL;
3740         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3741         PMAP_LOCK(pmap);
3742         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3743                 va = start + ptoa(diff);
3744                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3745                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3746                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3747                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
3748                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3749                 else
3750                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3751                             mpte, &lock);
3752                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3753         }
3754         if (lock != NULL)
3755                 rw_wunlock(lock);
3756         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3757         PMAP_UNLOCK(pmap);
3758 }
3759
3760 /*
3761  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3762  * 1. Current pmap & pmap exists.
3763  * 2. Not wired.
3764  * 3. Read access.
3765  * 4. No page table pages.
3766  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3767  */
3768
3769 void
3770 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3771 {
3772         struct rwlock *lock;
3773
3774         lock = NULL;
3775         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3776         PMAP_LOCK(pmap);
3777         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3778         if (lock != NULL)
3779                 rw_wunlock(lock);
3780         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3781         PMAP_UNLOCK(pmap);
3782 }
3783
3784 static vm_page_t
3785 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3786     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3787 {
3788         vm_page_t free;
3789         pt_entry_t *pte;
3790         vm_paddr_t pa;
3791
3792         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3793             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3794             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3795         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3796         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3797
3798         /*
3799          * In the case that a page table page is not
3800          * resident, we are creating it here.
3801          */
3802         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3803                 vm_pindex_t ptepindex;
3804                 pd_entry_t *ptepa;
3805
3806                 /*
3807                  * Calculate pagetable page index
3808                  */
3809                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3810                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3811                         mpte->wire_count++;
3812                 } else {
3813                         /*
3814                          * Get the page directory entry
3815                          */
3816                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
3817
3818                         /*
3819                          * If the page table page is mapped, we just increment
3820                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3821                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3822                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3823                          */
3824                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
3825                                 if (*ptepa & PG_PS)
3826                                         return (NULL);
3827                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
3828                                 mpte->wire_count++;
3829                         } else {
3830                                 /*
3831                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3832                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3833                                  */
3834                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
3835                                 if (mpte == NULL)
3836                                         return (mpte);
3837                         }
3838                 }
3839                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3840                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
3841         } else {
3842                 mpte = NULL;
3843                 pte = vtopte(va);
3844         }
3845         if (*pte) {
3846                 if (mpte != NULL) {
3847                         mpte->wire_count--;
3848                         mpte = NULL;
3849                 }
3850                 return (mpte);
3851         }
3852
3853         /*
3854          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3855          */
3856         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3857             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3858                 if (mpte != NULL) {
3859                         free = NULL;
3860                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3861                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3862                                 pmap_free_zero_pages(free);
3863                         }
3864                         mpte = NULL;
3865                 }
3866                 return (mpte);
3867         }
3868
3869         /*
3870          * Increment counters
3871          */
3872         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3873
3874         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3875         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3876                 pa |= pg_nx;
3877
3878         /*
3879          * Now validate mapping with RO protection
3880          */
3881         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3882                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3883         else
3884                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3885         return (mpte);
3886 }
3887
3888 /*
3889  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3890  * to be used for panic dumps.
3891  */
3892 void *
3893 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3894 {
3895         vm_offset_t va;
3896
3897         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3898         pmap_kenter(va, pa);
3899         invlpg(va);
3900         return ((void *)crashdumpmap);
3901 }
3902
3903 /*
3904  * This code maps large physical mmap regions into the
3905  * processor address space.  Note that some shortcuts
3906  * are taken, but the code works.
3907  */
3908 void
3909 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3910     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3911 {
3912         pd_entry_t *pde;
3913         vm_paddr_t pa, ptepa;
3914         vm_page_t p, pdpg;
3915         int pat_mode;
3916
3917         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3918         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3919             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3920         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3921                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3922                         return;
3923                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3924                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3925                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3926                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3927
3928                 /*
3929                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3930                  * aligned to a 2MB page boundary.
3931                  */
3932                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3933                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3934                         return;
3935
3936                 /*
3937                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3938                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3939                  * memory attributes.
3940                  */
3941                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3942                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3943                     pa += PAGE_SIZE) {
3944                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3945                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3946                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3947                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3948                                 return;
3949                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3950                 }
3951
3952                 /*
3953                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
3954                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
3955                  * will not affect the termination of this loop.
3956                  */ 
3957                 PMAP_LOCK(pmap);
3958                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3959                     size; pa += NBPDR) {
3960                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
3961                         if (pdpg == NULL) {
3962                                 /*
3963                                  * The creation of mappings below is only an
3964                                  * optimization.  If a page directory page
3965                                  * cannot be allocated without blocking,
3966                                  * continue on to the next mapping rather than
3967                                  * blocking.
3968                                  */
3969                                 addr += NBPDR;
3970                                 continue;
3971                         }
3972                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3973                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
3974                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
3975                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3976                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3977                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3978                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3979                         } else {
3980                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
3981                                 pdpg->wire_count--;
3982                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
3983                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
3984                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
3985                         }
3986                         addr += NBPDR;
3987                 }
3988                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3989         }
3990 }
3991
3992 /*
3993  *      Routine:        pmap_change_wiring
3994  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3995  *                      pair.
3996  *      In/out conditions:
3997  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3998  */
3999 void
4000 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
4001 {
4002         pd_entry_t *pde;
4003         pt_entry_t *pte;
4004         boolean_t pv_lists_locked;
4005
4006         pv_lists_locked = FALSE;
4007
4008         /*
4009          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4010          * invalidate TLB.
4011          */
4012 retry:
4013         PMAP_LOCK(pmap);
4014         pde = pmap_pde(pmap, va);
4015         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4016                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4017                         if (!pv_lists_locked) {
4018                                 pv_lists_locked = TRUE;
4019                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4020                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4021                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4022                                         goto retry;
4023                                 }
4024                         }
4025                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4026                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4027                 } else
4028                         goto out;
4029         }
4030         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4031         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4032                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4033                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4034         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4035                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4036                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4037         }
4038 out:
4039         if (pv_lists_locked)
4040                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4041         PMAP_UNLOCK(pmap);
4042 }
4043
4044 /*
4045  *      Copy the range specified by src_addr/len
4046  *      from the source map to the range dst_addr/len
4047  *      in the destination map.
4048  *
4049  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4050  */
4051
4052 void
4053 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4054     vm_offset_t src_addr)
4055 {
4056         struct rwlock *lock;
4057         vm_page_t   free;
4058         vm_offset_t addr;
4059         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4060         vm_offset_t va_next;
4061
4062         if (dst_addr != src_addr)
4063                 return;
4064
4065         lock = NULL;
4066         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4067         if (dst_pmap < src_pmap) {
4068                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4069                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4070         } else {
4071                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4072                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4073         }
4074         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4075                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4076                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4077                 pml4_entry_t *pml4e;
4078                 pdp_entry_t *pdpe;
4079                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4080
4081                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4082                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4083
4084                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4085                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4086                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4087                         if (va_next < addr)
4088                                 va_next = end_addr;
4089                         continue;
4090                 }
4091
4092                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4093                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4094                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4095                         if (va_next < addr)
4096                                 va_next = end_addr;
4097                         continue;
4098                 }
4099
4100                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4101                 if (va_next < addr)
4102                         va_next = end_addr;
4103
4104                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4105                 srcptepaddr = *pde;
4106                 if (srcptepaddr == 0)
4107                         continue;
4108                         
4109                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4110                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4111                         if (dstmpde == NULL)
4112                                 break;
4113                         pde = (pd_entry_t *)
4114                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4115                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4116                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4117                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4118                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4119                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4120                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4121                         } else
4122                                 dstmpde->wire_count--;
4123                         continue;
4124                 }
4125
4126                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4127                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4128                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4129                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4130
4131                 if (va_next > end_addr)
4132                         va_next = end_addr;
4133
4134                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4135                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4136                 dstmpte = NULL;
4137                 while (addr < va_next) {
4138                         pt_entry_t ptetemp;
4139                         ptetemp = *src_pte;
4140                         /*
4141                          * we only virtual copy managed pages
4142                          */
4143                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4144                                 if (dstmpte != NULL &&
4145                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4146                                         dstmpte->wire_count++;
4147                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4148                                     addr, NULL)) == NULL)
4149                                         goto out;
4150                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4151                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4152                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4153                                 if (*dst_pte == 0 &&
4154                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4155                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4156                                     &lock)) {
4157                                         /*
4158                                          * Clear the wired, modified, and
4159                                          * accessed (referenced) bits
4160                                          * during the copy.
4161                                          */
4162                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4163                                             PG_A);
4164                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4165                                 } else {
4166                                         free = NULL;
4167                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4168                                             dstmpte, &free)) {
4169                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4170                                                     addr);
4171                                                 pmap_free_zero_pages(free);
4172                                         }
4173                                         goto out;
4174                                 }
4175                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4176                                         break;
4177                         }
4178                         addr += PAGE_SIZE;
4179                         src_pte++;
4180                 }
4181         }
4182 out:
4183         if (lock != NULL)
4184                 rw_wunlock(lock);
4185         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4186         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4187         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4188 }       
4189
4190 /*
4191  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
4192  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4193  */
4194 void
4195 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4196 {
4197         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4198
4199         pagezero((void *)va);
4200 }
4201
4202 /*
4203  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4204  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4205  *
4206  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4207  */
4208 void
4209 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4210 {
4211         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4212
4213         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4214                 pagezero((void *)va);
4215         else
4216                 bzero((char *)va + off, size);
4217 }
4218
4219 /*
4220  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4221  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4222  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4223  *      outside of Giant.
4224  */
4225 void
4226 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4227 {
4228         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4229
4230         pagezero((void *)va);
4231 }
4232
4233 /*
4234  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4235  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4236  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4237  *      time.
4238  */
4239 void
4240 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4241 {
4242         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4243         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4244
4245         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4246 }
4247
4248 int unmapped_buf_allowed = 1;
4249
4250 void
4251 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4252     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4253 {
4254         void *a_cp, *b_cp;
4255         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4256         int cnt;
4257
4258         while (xfersize > 0) {
4259                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4260                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4261                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4262                     phys_addr) + a_pg_offset;
4263                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4264                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4265                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4266                     phys_addr) + b_pg_offset;
4267                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4268                 a_offset += cnt;
4269                 b_offset += cnt;
4270                 xfersize -= cnt;
4271         }
4272 }
4273
4274 /*
4275  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4276  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4277  * be changed upwards or downwards in the future; it
4278  * is only necessary that true be returned for a small
4279  * subset of pmaps for proper page aging.
4280  */
4281 boolean_t
4282 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4283 {
4284         struct md_page *pvh;
4285         struct rwlock *lock;
4286         pv_entry_t pv;
4287         int loops = 0;
4288         boolean_t rv;
4289
4290         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4291             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4292         rv = FALSE;
4293         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4294         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4295         rw_rlock(lock);
4296         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4297                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4298                         rv = TRUE;
4299                         break;
4300                 }
4301                 loops++;
4302                 if (loops >= 16)
4303                         break;
4304         }
4305         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4306                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4307                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4308                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4309                                 rv = TRUE;
4310                                 break;
4311                         }
4312                         loops++;
4313                         if (loops >= 16)
4314                                 break;
4315                 }
4316         }
4317         rw_runlock(lock);
4318         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4319         return (rv);
4320 }
4321
4322 /*
4323  *      pmap_page_wired_mappings:
4324  *
4325  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4326  *      that are wired.
4327  */
4328 int
4329 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4330 {
4331         int count;
4332
4333         count = 0;
4334         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4335                 return (count);
4336         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4337         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4338         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4339             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4340                 count);
4341         }
4342         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4343         return (count);
4344 }
4345
4346 /*
4347  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4348  *
4349  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4350  */
4351 static int
4352 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4353 {
4354         pmap_t pmap;
4355         pt_entry_t *pte;
4356         pv_entry_t pv;
4357
4358         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4359         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4360                 pmap = PV_PMAP(pv);
4361                 PMAP_LOCK(pmap);
4362                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4363                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4364                         count++;
4365                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4366         }
4367         return (count);
4368 }
4369
4370 /*
4371  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4372  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4373  */
4374 boolean_t
4375 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4376 {
4377         struct rwlock *lock;
4378         boolean_t rv;
4379
4380         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4381                 return (FALSE);
4382         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4383         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4384         rw_rlock(lock);
4385         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4386             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4387             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4388         rw_runlock(lock);
4389         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4390         return (rv);
4391 }
4392
4393 /*
4394  * Remove all pages from specified address space
4395  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4396  * is special cased for current process only, but
4397  * can have the more generic (and slightly slower)
4398  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4399  * in the case of running down an entire address space.
4400  */
4401 void
4402 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4403 {
4404         pd_entry_t ptepde;
4405         pt_entry_t *pte, tpte;
4406         vm_page_t free = NULL;
4407         vm_page_t m, mpte, mt;
4408         pv_entry_t pv;
4409         struct md_page *pvh;
4410         struct pv_chunk *pc, *npc;
4411         struct rwlock *lock;
4412         int64_t bit;
4413         uint64_t inuse, bitmask;
4414         int allfree, field, freed, idx;
4415
4416         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4417                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4418                 return;
4419         }
4420         lock = NULL;
4421         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4422         PMAP_LOCK(pmap);
4423         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4424                 allfree = 1;
4425                 freed = 0;
4426                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4427                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4428                         while (inuse != 0) {
4429                                 bit = bsfq(inuse);
4430                                 bitmask = 1UL << bit;
4431                                 idx = field * 64 + bit;
4432                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4433                                 inuse &= ~bitmask;
4434
4435                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4436                                 ptepde = *pte;
4437                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4438                                 tpte = *pte;
4439                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4440                                         ptepde = tpte;
4441                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4442                                             PG_FRAME);
4443                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4444                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4445                                 }
4446                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
4447                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
4448                                             pv->pv_va, tpte);
4449                                 }
4450
4451 /*
4452  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4453  */
4454                                 if (tpte & PG_W) {
4455                                         allfree = 0;
4456                                         continue;
4457                                 }
4458
4459                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4460                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4461                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4462                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4463                                     (uintmax_t)tpte));
4464
4465                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4466                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4467                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4468                                     (uintmax_t)tpte));
4469
4470                                 pte_clear(pte);
4471
4472                                 /*
4473                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4474                                  */
4475                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4476                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4477                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4478                                                         vm_page_dirty(mt);
4479                                         } else
4480                                                 vm_page_dirty(m);
4481                                 }
4482
4483                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4484
4485                                 /* Mark free */
4486                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4487                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4488                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4489                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4490                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4491                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4492                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4493                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4494                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4495                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4496                                         }
4497                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4498                                         if (mpte != NULL) {
4499                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4500                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4501                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4502                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4503                                                 mpte->wire_count = 0;
4504                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4505                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4506                                         }
4507                                 } else {
4508                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4509                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4510                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4511                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4512                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4513                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4514                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4515                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4516                                         }
4517                                 }
4518                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4519                                 freed++;
4520                         }
4521                 }
4522                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4523                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4524                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4525                 if (allfree) {
4526                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4527                         free_pv_chunk(pc);
4528                 }
4529         }
4530         if (lock != NULL)
4531                 rw_wunlock(lock);
4532         pmap_invalidate_all(pmap);
4533         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4534         PMAP_UNLOCK(pmap);
4535         pmap_free_zero_pages(free);
4536 }
4537
4538 /*
4539  *      pmap_is_modified:
4540  *
4541  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4542  *      in any physical maps.
4543  */
4544 boolean_t
4545 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4546 {
4547         boolean_t rv;
4548
4549         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4550             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4551
4552         /*
4553          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be
4554          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4555          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4556          */
4557         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4558         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4559             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4560                 return (FALSE);
4561         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4562         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4563             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4564             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4565         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4566         return (rv);
4567 }
4568
4569 /*
4570  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4571  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4572  * mappings are supported.
4573  */
4574 static boolean_t
4575 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4576 {
4577         pv_entry_t pv;
4578         pt_entry_t *pte;
4579         pmap_t pmap;
4580         boolean_t rv;
4581
4582         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4583         rv = FALSE;
4584         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4585                 pmap = PV_PMAP(pv);
4586                 PMAP_LOCK(pmap);
4587                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4588                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4589                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4590                 if (rv)
4591                         break;
4592         }
4593         return (rv);
4594 }
4595
4596 /*
4597  *      pmap_is_prefaultable:
4598  *
4599  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4600  *      for prefault.
4601  */
4602 boolean_t
4603 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4604 {
4605         pd_entry_t *pde;
4606         pt_entry_t *pte;
4607         boolean_t rv;
4608
4609         rv = FALSE;
4610         PMAP_LOCK(pmap);
4611         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4612         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4613                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4614                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4615         }
4616         PMAP_UNLOCK(pmap);
4617         return (rv);
4618 }
4619
4620 /*
4621  *      pmap_is_referenced:
4622  *
4623  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4624  *      in any physical maps.
4625  */
4626 boolean_t
4627 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4628 {
4629         boolean_t rv;
4630
4631         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4632             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4633         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4634         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4635             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4636             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4637         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4638         return (rv);
4639 }
4640
4641 /*
4642  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4643  * otherwise.  Both page and 2mpage mappings are supported.
4644  */
4645 static boolean_t
4646 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4647 {
4648         pv_entry_t pv;
4649         pt_entry_t *pte;
4650         pmap_t pmap;
4651         boolean_t rv;
4652
4653         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4654         rv = FALSE;
4655         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4656                 pmap = PV_PMAP(pv);
4657                 PMAP_LOCK(pmap);
4658                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4659                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4660                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4661                 if (rv)
4662                         break;
4663         }
4664         return (rv);
4665 }
4666
4667 /*
4668  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4669  */
4670 void
4671 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4672 {
4673         struct md_page *pvh;
4674         pmap_t pmap;
4675         pv_entry_t next_pv, pv;
4676         pd_entry_t *pde;
4677         pt_entry_t oldpte, *pte;
4678         vm_offset_t va;
4679
4680         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4681             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4682
4683         /*
4684          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be set by
4685          * another thread while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4686          * is clear, no page table entries need updating.
4687          */
4688         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4689         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4690             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4691                 return;
4692         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4693         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4694                 goto small_mappings;
4695         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4696         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4697                 pmap = PV_PMAP(pv);
4698                 PMAP_LOCK(pmap);
4699                 va = pv->pv_va;
4700                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4701                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4702                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4703                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4704         }
4705 small_mappings:
4706         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4707                 pmap = PV_PMAP(pv);
4708                 PMAP_LOCK(pmap);
4709                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4710                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
4711                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
4712                     m));
4713                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4714 retry:
4715                 oldpte = *pte;
4716                 if (oldpte & PG_RW) {
4717                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
4718                             ~(PG_RW | PG_M)))
4719                                 goto retry;
4720                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4721                                 vm_page_dirty(m);
4722                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4723                 }
4724                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4725         }
4726         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4727         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4728 }
4729
4730 /*
4731  *      pmap_ts_referenced:
4732  *
4733  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4734  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4735  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4736  *      reference bits set.
4737  *
4738  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4739  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4740  *      optimal aging of shared pages.
4741  */
4742 int
4743 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4744 {
4745         struct md_page *pvh;
4746         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4747         pmap_t pmap;
4748         pd_entry_t oldpde, *pde;
4749         pt_entry_t *pte;
4750         vm_offset_t va;
4751         int rtval = 0;
4752
4753         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4754             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4755         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4756         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4757                 goto small_mappings;
4758         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4759         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4760                 pmap = PV_PMAP(pv);
4761                 PMAP_LOCK(pmap);
4762                 va = pv->pv_va;
4763                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4764                 oldpde = *pde;
4765                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4766                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4767                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4768                                         /*
4769                                          * Remove the mapping to a single page
4770                                          * so that a subsequent access may
4771                                          * repromote.  Since the underlying
4772                                          * page table page is fully populated,
4773                                          * this removal never frees a page
4774                                          * table page.
4775                                          */
4776                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4777                                             PG_PS_FRAME);
4778                                         pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4779                                         rtval++;
4780                                         if (rtval > 4) {
4781                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4782                                                 goto out;
4783                                         }
4784                                 }
4785                         }
4786                 }
4787                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4788         }
4789 small_mappings:
4790         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4791                 pvf = pv;
4792                 do {
4793                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4794                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4795                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4796                         pmap = PV_PMAP(pv);
4797                         PMAP_LOCK(pmap);
4798                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4799                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4800                             " found a 2mpage in page %p's pv list", m));
4801                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4802                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4803                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
4804                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4805                                 rtval++;
4806                                 if (rtval > 4)
4807                                         pvn = NULL;
4808                         }
4809                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4810                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4811         }
4812 out:
4813         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4814         return (rtval);
4815 }
4816
4817 /*
4818  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4819  */
4820 void
4821 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4822 {
4823         struct md_page *pvh;
4824         pmap_t pmap;
4825         pv_entry_t next_pv, pv;
4826         pd_entry_t oldpde, *pde;
4827         pt_entry_t oldpte, *pte;
4828         vm_offset_t va;
4829
4830         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4831             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4832         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4833         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
4834             ("pmap_clear_modify: page %p is busy", m));
4835
4836         /*
4837          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4838          * If the object containing the page is locked and the page is not
4839          * VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4840          */
4841         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4842                 return;
4843         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4844         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4845                 goto small_mappings;
4846         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4847         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4848                 pmap = PV_PMAP(pv);
4849                 PMAP_LOCK(pmap);
4850                 va = pv->pv_va;
4851                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4852                 oldpde = *pde;
4853                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4854                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4855                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4856                                         /*
4857                                          * Write protect the mapping to a
4858                                          * single page so that a subsequent
4859                                          * write access may repromote.
4860                                          */
4861                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4862                                             PG_PS_FRAME);
4863                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4864                                         oldpte = *pte;
4865                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4866                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
4867                                                     oldpte,
4868                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4869                                                         oldpte = *pte;
4870                                                 vm_page_dirty(m);
4871                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4872                                         }
4873                                 }
4874                         }
4875                 }
4876                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4877         }
4878 small_mappings:
4879         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4880                 pmap = PV_PMAP(pv);
4881                 PMAP_LOCK(pmap);
4882                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4883                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4884                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4885                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4886                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4887                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
4888                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4889                 }
4890                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4891         }
4892         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4893 }
4894
4895 /*
4896  *      pmap_clear_reference:
4897  *
4898  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4899  */
4900 void
4901 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4902 {
4903         struct md_page *pvh;
4904         pmap_t pmap;
4905         pv_entry_t next_pv, pv;
4906         pd_entry_t oldpde, *pde;
4907         pt_entry_t *pte;
4908         vm_offset_t va;
4909
4910         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4911             ("pmap_clear_reference: page %p is not managed", m));
4912         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4913         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4914                 goto small_mappings;
4915         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4916         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4917                 pmap = PV_PMAP(pv);
4918                 PMAP_LOCK(pmap);
4919                 va = pv->pv_va;
4920                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4921                 oldpde = *pde;
4922                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4923                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4924                                 /*
4925                                  * Remove the mapping to a single page so
4926                                  * that a subsequent access may repromote.
4927                                  * Since the underlying page table page is
4928                                  * fully populated, this removal never frees
4929                                  * a page table page.
4930                                  */
4931                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4932                                     PG_PS_FRAME);
4933                                 pmap_remove_page(pmap, va, pde, NULL);
4934                         }
4935                 }
4936                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4937         }
4938 small_mappings:
4939         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4940                 pmap = PV_PMAP(pv);
4941                 PMAP_LOCK(pmap);
4942                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4943                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4944                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4945                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4946                 if (*pte & PG_A) {
4947                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4948                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4949                 }
4950                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4951         }
4952         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4953 }
4954
4955 /*
4956  * Miscellaneous support routines follow
4957  */
4958
4959 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4960 static __inline void
4961 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4962 {
4963         u_int opte, npte;
4964
4965         /*
4966          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4967          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4968          */
4969         do {
4970                 opte = *(u_int *)pte;
4971                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4972                 npte |= cache_bits;
4973         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4974 }
4975
4976 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
4977 static __inline void
4978 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4979 {
4980         u_int opde, npde;
4981
4982         /*
4983          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4984          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4985          */
4986         do {
4987                 opde = *(u_int *)pde;
4988                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
4989                 npde |= cache_bits;
4990         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4991 }
4992
4993 /*
4994  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4995  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4996  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4997  * NOT real memory.
4998  */
4999 void *
5000 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5001 {
5002         vm_offset_t va, offset;
5003         vm_size_t tmpsize;
5004
5005         /*
5006          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
5007          * map window, use the direct map. 
5008          */
5009         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
5010                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
5011                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
5012                         return ((void *)va);
5013         }
5014         offset = pa & PAGE_MASK;
5015         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5016         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
5017         if (!va)
5018                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
5019         pa = trunc_page(pa);
5020         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5021                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5022         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5023         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
5024         return ((void *)(va + offset));
5025 }
5026
5027 void *
5028 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5029 {
5030
5031         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5032 }
5033
5034 void *
5035 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5036 {
5037
5038         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5039 }
5040
5041 void
5042 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5043 {
5044         vm_offset_t base, offset;
5045
5046         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
5047         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
5048                 return;
5049         base = trunc_page(va);
5050         offset = va & PAGE_MASK;
5051         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5052         kmem_free(kernel_map, base, size);
5053 }
5054
5055 /*
5056  * Tries to demote a 1GB page mapping.
5057  */
5058 static boolean_t
5059 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
5060 {
5061         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
5062         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
5063         vm_paddr_t mpdepa;
5064         vm_page_t mpde;
5065
5066         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5067         oldpdpe = *pdpe;
5068         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5069             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
5070         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5071             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5072                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
5073                     " in pmap %p", va, pmap);
5074                 return (FALSE);
5075         }
5076         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
5077         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
5078         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5079         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
5080             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
5081         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5082             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
5083         newpde = oldpdpe;
5084
5085         /*
5086          * Initialize the page directory page.
5087          */
5088         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
5089                 *pde = newpde;
5090                 newpde += NBPDR;
5091         }
5092
5093         /*
5094          * Demote the mapping.
5095          */
5096         *pdpe = newpdpe;
5097
5098         /*
5099          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
5100          */
5101         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
5102
5103         pmap_pdpe_demotions++;
5104         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
5105             " in pmap %p", va, pmap);
5106         return (TRUE);
5107 }
5108
5109 /*
5110  * Sets the memory attribute for the specified page.
5111  */
5112 void
5113 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5114 {
5115
5116         m->md.pat_mode = ma;
5117
5118         /*
5119          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5120          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5121          * required for data coherence.
5122          */
5123         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5124             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5125             m->md.pat_mode))
5126                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5127 }
5128
5129 /*
5130  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5131  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5132  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5133  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5134  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5135  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5136  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5137  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5138  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5139  * same physical page have different memory types.
5140  *
5141  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5142  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5143  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5144  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5145  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5146  * virtual address range or the direct map.
5147  */
5148 int
5149 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5150 {
5151         int error;
5152
5153         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5154         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5155         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5156         return (error);
5157 }
5158
5159 static int
5160 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5161 {
5162         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5163         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
5164         pdp_entry_t *pdpe;
5165         pd_entry_t *pde;
5166         pt_entry_t *pte;
5167         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
5168         boolean_t changed;
5169
5170         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5171         base = trunc_page(va);
5172         offset = va & PAGE_MASK;
5173         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5174
5175         /*
5176          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
5177          * map but excluding the recursive map.
5178          */
5179         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
5180                 return (EINVAL);
5181
5182         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5183         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5184         changed = FALSE;
5185
5186         /*
5187          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
5188          * into 4KB pages if required.
5189          */
5190         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5191                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5192                 if (*pdpe == 0)
5193                         return (EINVAL);
5194                 if (*pdpe & PG_PS) {
5195                         /*
5196                          * If the current 1GB page already has the required
5197                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5198                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
5199                          */
5200                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5201                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5202                                 continue;
5203                         }
5204
5205                         /*
5206                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
5207                          * and there is at least 1GB left within the range, then
5208                          * we need not break down this page into 2MB pages.
5209                          */
5210                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
5211                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
5212                                 tmpva += NBPDP;
5213                                 continue;
5214                         }
5215                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
5216                                 return (ENOMEM);
5217                 }
5218                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5219                 if (*pde == 0)
5220                         return (EINVAL);
5221                 if (*pde & PG_PS) {
5222                         /*
5223                          * If the current 2MB page already has the required
5224                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5225                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
5226                          */
5227                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5228                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5229                                 continue;
5230                         }
5231
5232                         /*
5233                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
5234                          * and there is at least 2MB left within the range, then
5235                          * we need not break down this page into 4KB pages.
5236                          */
5237                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5238                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5239                                 tmpva += NBPDR;
5240                                 continue;
5241                         }
5242                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
5243                                 return (ENOMEM);
5244                 }
5245                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5246                 if (*pte == 0)
5247                         return (EINVAL);
5248                 tmpva += PAGE_SIZE;
5249         }
5250         error = 0;
5251
5252         /*
5253          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5254          * cache mode if required.
5255          */
5256         pa_start = pa_end = 0;
5257         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5258                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5259                 if (*pdpe & PG_PS) {
5260                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5261                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
5262                                 changed = TRUE;
5263                         }
5264                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5265                                 if (pa_start == pa_end) {
5266                                         /* Start physical address run. */
5267                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5268                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5269                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
5270                                         pa_end += NBPDP;
5271                                 else {
5272                                         /* Run ended, update direct map. */
5273                                         error = pmap_change_attr_locked(
5274                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5275                                             pa_end - pa_start, mode);
5276                                         if (error != 0)
5277                                                 break;
5278                                         /* Start physical address run. */
5279                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5280                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5281                                 }
5282                         }
5283                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5284                         continue;
5285                 }
5286                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5287                 if (*pde & PG_PS) {
5288                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5289                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5290                                 changed = TRUE;
5291                         }
5292                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5293                                 if (pa_start == pa_end) {
5294                                         /* Start physical address run. */
5295                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5296                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5297                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
5298                                         pa_end += NBPDR;
5299                                 else {
5300                                         /* Run ended, update direct map. */
5301                                         error = pmap_change_attr_locked(
5302                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5303                                             pa_end - pa_start, mode);
5304                                         if (error != 0)
5305                                                 break;
5306                                         /* Start physical address run. */
5307                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5308                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5309                                 }
5310                         }
5311                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5312                 } else {
5313                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5314                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5315                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5316                                 changed = TRUE;
5317                         }
5318                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5319                                 if (pa_start == pa_end) {
5320                                         /* Start physical address run. */
5321                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5322                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5323                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
5324                                         pa_end += PAGE_SIZE;
5325                                 else {
5326                                         /* Run ended, update direct map. */
5327                                         error = pmap_change_attr_locked(
5328                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5329                                             pa_end - pa_start, mode);
5330                                         if (error != 0)
5331                                                 break;
5332                                         /* Start physical address run. */
5333                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5334                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5335                                 }
5336                         }
5337                         tmpva += PAGE_SIZE;
5338                 }
5339         }
5340         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
5341                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5342                     pa_end - pa_start, mode);
5343
5344         /*
5345          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
5346          * shouldn't be, etc.
5347          */
5348         if (changed) {
5349                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5350                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5351         }
5352         return (error);
5353 }
5354
5355 /*
5356  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
5357  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
5358  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
5359  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
5360  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
5361  */
5362 void
5363 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
5364 {
5365         pdp_entry_t *pdpe;
5366         pd_entry_t *pde;
5367         vm_offset_t va;
5368         boolean_t changed;
5369
5370         if (len == 0)
5371                 return;
5372         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
5373         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
5374             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
5375         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
5376                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
5377                 changed = FALSE;
5378                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5379                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5380                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5381                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
5382                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5383                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
5384                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
5385                         changed = TRUE;
5386                 }
5387                 if (len < NBPDR) {
5388                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5389                         if ((*pde & PG_V) == 0)
5390                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
5391                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5392                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
5393                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
5394                                 changed = TRUE;
5395                         }
5396                 }
5397                 if (changed && invalidate)
5398                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
5399                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5400         }
5401 }
5402
5403 /*
5404  * perform the pmap work for mincore
5405  */
5406 int
5407 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5408 {
5409         pd_entry_t *pdep;
5410         pt_entry_t pte;
5411         vm_paddr_t pa;
5412         int val;
5413
5414         PMAP_LOCK(pmap);
5415 retry:
5416         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5417         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
5418                 if (*pdep & PG_PS) {
5419                         pte = *pdep;
5420                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5421                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5422                             PG_FRAME;
5423                         val = MINCORE_SUPER;
5424                 } else {
5425                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
5426                         pa = pte & PG_FRAME;
5427                         val = 0;
5428                 }
5429         } else {
5430                 pte = 0;
5431                 pa = 0;
5432                 val = 0;
5433         }
5434         if ((pte & PG_V) != 0) {
5435                 val |= MINCORE_INCORE;
5436                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5437                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5438                 if ((pte & PG_A) != 0)
5439                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5440         }
5441         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5442             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5443             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5444                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5445                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5446                         goto retry;
5447         } else
5448                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5449         PMAP_UNLOCK(pmap);
5450         return (val);
5451 }
5452
5453 void
5454 pmap_activate(struct thread *td)
5455 {
5456         pmap_t  pmap, oldpmap;
5457         u_int   cpuid;
5458         u_int64_t  cr3;
5459
5460         critical_enter();
5461         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5462         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5463         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5464 #ifdef SMP
5465         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5466         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5467 #else
5468         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5469         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5470 #endif
5471         cr3 = DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
5472         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5473         load_cr3(cr3);
5474         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5475         critical_exit();
5476 }
5477
5478 void
5479 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5480 {
5481 }
5482
5483 /*
5484  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5485  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5486  */
5487 void
5488 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5489     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5490 {
5491         vm_offset_t superpage_offset;
5492
5493         if (size < NBPDR)
5494                 return;
5495         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5496                 offset += ptoa(object->pg_color);
5497         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5498         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5499             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5500                 return;
5501         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5502                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5503         else
5504                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5505 }
5506
5507 #include "opt_ddb.h"
5508 #ifdef DDB
5509 #include <ddb/ddb.h>
5510
5511 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
5512 {
5513         pmap_t pmap;
5514         pml4_entry_t *pml4;
5515         pdp_entry_t *pdp;
5516         pd_entry_t *pde;
5517         pt_entry_t *pte;
5518         vm_offset_t va;
5519
5520         if (have_addr) {
5521                 va = (vm_offset_t)addr;
5522                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
5523         } else {
5524                 db_printf("show pte addr\n");
5525                 return;
5526         }
5527         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
5528         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
5529         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
5530                 db_printf("\n");
5531                 return;
5532         }
5533         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
5534         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
5535         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
5536                 db_printf("\n");
5537                 return;
5538         }
5539         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
5540         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
5541         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
5542                 db_printf("\n");
5543                 return;
5544         }
5545         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5546         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
5547 }
5548
5549 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
5550 {
5551         vm_paddr_t a;
5552
5553         if (have_addr) {
5554                 a = (vm_paddr_t)addr;
5555                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
5556         } else {
5557                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
5558         }
5559 }
5560 #endif