]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Copy head (r256279) to stable/10 as part of the 10.0-RELEASE cycle.
[FreeBSD/stable/10.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #define AMD64_NPT_AWARE
80
81 #include <sys/cdefs.h>
82 __FBSDID("$FreeBSD$");
83
84 /*
85  *      Manages physical address maps.
86  *
87  *      Since the information managed by this module is
88  *      also stored by the logical address mapping module,
89  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
90  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
91  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
92  *      requested.
93  *
94  *      In order to cope with hardware architectures which
95  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
96  *      this module may delay invalidate or reduced protection
97  *      operations until such time as they are actually
98  *      necessary.  This module is given full information as
99  *      to which processors are currently using which maps,
100  *      and to when physical maps must be made correct.
101  */
102
103 #include "opt_pmap.h"
104 #include "opt_vm.h"
105
106 #include <sys/param.h>
107 #include <sys/bus.h>
108 #include <sys/systm.h>
109 #include <sys/kernel.h>
110 #include <sys/ktr.h>
111 #include <sys/lock.h>
112 #include <sys/malloc.h>
113 #include <sys/mman.h>
114 #include <sys/mutex.h>
115 #include <sys/proc.h>
116 #include <sys/rwlock.h>
117 #include <sys/sx.h>
118 #include <sys/vmmeter.h>
119 #include <sys/sched.h>
120 #include <sys/sysctl.h>
121 #include <sys/_unrhdr.h>
122 #include <sys/smp.h>
123
124 #include <vm/vm.h>
125 #include <vm/vm_param.h>
126 #include <vm/vm_kern.h>
127 #include <vm/vm_page.h>
128 #include <vm/vm_map.h>
129 #include <vm/vm_object.h>
130 #include <vm/vm_extern.h>
131 #include <vm/vm_pageout.h>
132 #include <vm/vm_pager.h>
133 #include <vm/vm_radix.h>
134 #include <vm/vm_reserv.h>
135 #include <vm/uma.h>
136
137 #include <machine/intr_machdep.h>
138 #include <machine/apicvar.h>
139 #include <machine/cpu.h>
140 #include <machine/cputypes.h>
141 #include <machine/md_var.h>
142 #include <machine/pcb.h>
143 #include <machine/specialreg.h>
144 #ifdef SMP
145 #include <machine/smp.h>
146 #endif
147
148 static __inline boolean_t
149 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
150 {
151
152         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
153 }
154
155 static __inline pt_entry_t
156 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
157 {
158         pt_entry_t mask;
159
160         switch (pmap->pm_type) {
161         case PT_X86:
162                 mask = X86_PG_V;
163                 break;
164         case PT_EPT:
165                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
166                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
167                 else
168                         mask = EPT_PG_READ;
169                 break;
170         default:
171                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
172         }
173
174         return (mask);
175 }
176
177 static __inline pt_entry_t
178 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
179 {
180         pt_entry_t mask;
181
182         switch (pmap->pm_type) {
183         case PT_X86:
184                 mask = X86_PG_RW;
185                 break;
186         case PT_EPT:
187                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
188                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
189                 else
190                         mask = EPT_PG_WRITE;
191                 break;
192         default:
193                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
194         }
195
196         return (mask);
197 }
198
199 static __inline pt_entry_t
200 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
201 {
202         pt_entry_t mask;
203
204         switch (pmap->pm_type) {
205         case PT_X86:
206                 mask = X86_PG_G;
207                 break;
208         case PT_EPT:
209                 mask = 0;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static __inline pt_entry_t
219 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
220 {
221         pt_entry_t mask;
222
223         switch (pmap->pm_type) {
224         case PT_X86:
225                 mask = X86_PG_A;
226                 break;
227         case PT_EPT:
228                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
229                         mask = EPT_PG_READ;
230                 else
231                         mask = EPT_PG_A;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static __inline pt_entry_t
241 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
242 {
243         pt_entry_t mask;
244
245         switch (pmap->pm_type) {
246         case PT_X86:
247                 mask = X86_PG_M;
248                 break;
249         case PT_EPT:
250                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
251                         mask = EPT_PG_WRITE;
252                 else
253                         mask = EPT_PG_M;
254                 break;
255         default:
256                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
257         }
258
259         return (mask);
260 }
261
262 #if !defined(DIAGNOSTIC)
263 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
264 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
265 #else
266 #define PMAP_INLINE     extern inline
267 #endif
268 #else
269 #define PMAP_INLINE
270 #endif
271
272 #ifdef PV_STATS
273 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
274 #else
275 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
276 #endif
277
278 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
279 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
280
281 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
282
283 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
284                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
285
286 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
287         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
288         struct rwlock *_new_lock;                       \
289                                                         \
290         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
291         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
292                 if (*_lockp != NULL)                    \
293                         rw_wunlock(*_lockp);            \
294                 *_lockp = _new_lock;                    \
295                 rw_wlock(*_lockp);                      \
296         }                                               \
297 } while (0)
298
299 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
300                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
301
302 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
303         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
304                                                         \
305         if (*_lockp != NULL) {                          \
306                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
307                 *_lockp = NULL;                         \
308         }                                               \
309 } while (0)
310
311 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
312                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
313
314 struct pmap kernel_pmap_store;
315
316 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
317 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
318
319 int nkpt;
320 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
321     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
322
323 static int ndmpdp;
324 static vm_paddr_t dmaplimit;
325 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
326 pt_entry_t pg_nx;
327
328 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
329
330 static int pat_works = 1;
331 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
332     "Is page attribute table fully functional?");
333
334 static int pg_ps_enabled = 1;
335 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
336     "Are large page mappings enabled?");
337
338 #define PAT_INDEX_SIZE  8
339 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
340
341 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
342 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
343 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
344 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
345
346 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
347 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
348 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
349
350 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
351
352 /*
353  * Data for the pv entry allocation mechanism
354  */
355 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
356 static struct mtx pv_chunks_mutex;
357 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
358 static struct md_page *pv_table;
359
360 /*
361  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
362  */
363 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
364 caddr_t CADDR1 = 0;
365
366 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
367
368 static struct unrhdr pcid_unr;
369 static struct mtx pcid_mtx;
370 int pmap_pcid_enabled = 1;
371 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pmap_pcid_enabled,
372     0, "Is TLB Context ID enabled ?");
373 int invpcid_works = 0;
374
375 static int
376 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
377 {
378         int i;
379         uint64_t res;
380
381         res = 0;
382         CPU_FOREACH(i) {
383                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
384         }
385         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
386 }
387 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
388     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
389     "Count of saved TLB context on switch");
390
391 /*
392  * Crashdump maps.
393  */
394 static caddr_t crashdumpmap;
395
396 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
397 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
398 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
399 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
400 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
401 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
402                     struct rwlock **lockp);
403 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
404                     struct rwlock **lockp);
405 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
406                     struct rwlock **lockp);
407 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
408                     struct rwlock **lockp);
409 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
410 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
411                     vm_offset_t va);
412
413 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
414 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
415 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
416     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
417 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
418     vm_offset_t va);
419 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
420     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
421 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
422     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
423 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
424 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
425 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
426 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
427 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
428 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
429     struct rwlock **lockp);
430 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
431     vm_prot_t prot);
432 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
433 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
434     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
435 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
436     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
437 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
438 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
439     struct spglist *free);
440 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
441     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
442 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
443     pd_entry_t newpde);
444 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
445
446 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
447                 struct rwlock **lockp);
448 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
449                 struct rwlock **lockp);
450 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
451                 struct rwlock **lockp);
452
453 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
454     struct spglist *free);
455 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
456 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
457
458 /*
459  * Move the kernel virtual free pointer to the next
460  * 2MB.  This is used to help improve performance
461  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
462  * (.text, .data, .bss)
463  */
464 static vm_offset_t
465 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
466 {
467         vm_offset_t newaddr = addr;
468
469         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
470         return (newaddr);
471 }
472
473 /********************/
474 /* Inline functions */
475 /********************/
476
477 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
478 static __inline vm_pindex_t
479 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
480 {
481         return (va >> PDRSHIFT);
482 }
483
484
485 /* Return various clipped indexes for a given VA */
486 static __inline vm_pindex_t
487 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
488 {
489
490         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
491 }
492
493 static __inline vm_pindex_t
494 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
495 {
496
497         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
498 }
499
500 static __inline vm_pindex_t
501 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
502 {
503
504         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
505 }
506
507 static __inline vm_pindex_t
508 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
509 {
510
511         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
512 }
513
514 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
515 static __inline pml4_entry_t *
516 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
517 {
518
519         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
520 }
521
522 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
523 static __inline pdp_entry_t *
524 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
525 {
526         pdp_entry_t *pdpe;
527
528         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
529         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
530 }
531
532 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
533 static __inline pdp_entry_t *
534 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
535 {
536         pml4_entry_t *pml4e;
537         pt_entry_t PG_V;
538
539         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
540         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
541         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
542                 return (NULL);
543         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
544 }
545
546 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
547 static __inline pd_entry_t *
548 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
549 {
550         pd_entry_t *pde;
551
552         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
553         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
554 }
555
556 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
557 static __inline pd_entry_t *
558 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
559 {
560         pdp_entry_t *pdpe;
561         pt_entry_t PG_V;
562
563         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
564         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
565         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
566                 return (NULL);
567         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
568 }
569
570 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
571 static __inline pt_entry_t *
572 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
573 {
574         pt_entry_t *pte;
575
576         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
577         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
578 }
579
580 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
581 static __inline pt_entry_t *
582 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
583 {
584         pd_entry_t *pde;
585         pt_entry_t PG_V;
586
587         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
588         pde = pmap_pde(pmap, va);
589         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
590                 return (NULL);
591         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
592                 return ((pt_entry_t *)pde);
593         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
594 }
595
596 static __inline void
597 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
598 {
599
600         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
601         pmap->pm_stats.resident_count += count;
602 }
603
604 static __inline void
605 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
606 {
607
608         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
609         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
610 }
611
612 PMAP_INLINE pt_entry_t *
613 vtopte(vm_offset_t va)
614 {
615         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
616
617         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
618
619         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
620 }
621
622 static __inline pd_entry_t *
623 vtopde(vm_offset_t va)
624 {
625         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
626
627         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
628
629         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
630 }
631
632 static u_int64_t
633 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
634 {
635         u_int64_t ret;
636
637         ret = *firstaddr;
638         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
639         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
640         return (ret);
641 }
642
643 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
644
645 /* number of kernel PDP slots */
646 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
647
648 static void
649 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
650 {
651         int pt_pages;
652         
653 #ifdef NKPT
654         pt_pages = NKPT;
655 #else
656         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
657         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
658
659         /*
660          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
661          * the kernel.
662          *
663          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
664          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
665          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
666          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
667          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
668          * physical memory.
669          */
670         pt_pages += 8;          /* 16MB additional slop for kernel modules */
671 #endif
672         nkpt = pt_pages;
673 }
674
675 static void
676 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
677 {
678         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
679         pt_entry_t *pt_p;
680         pd_entry_t *pd_p;
681         pdp_entry_t *pdp_p;
682         pml4_entry_t *p4_p;
683
684         /* Allocate page table pages for the direct map */
685         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
686         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
687                 ndmpdp = 4;
688         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
689         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
690                 /*
691                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
692                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
693                  */
694                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
695                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
696                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
697                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
698         }
699         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
700         ndm1g = 0;
701         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
702                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
703         if (ndm1g < ndmpdp)
704                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
705         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
706
707         /* Allocate pages */
708         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
709         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
710
711         /*
712          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
713          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
714          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
715          * build in too much slop in our estimate.
716          *
717          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
718          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
719          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
720          */
721         nkpt_init(*firstaddr);
722         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
723
724         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
725         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
726
727         /* Fill in the underlying page table pages */
728         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
729         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
730         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
731         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
732                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G;
733
734         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
735         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
736         for (i = 0; i < nkpt; i++)
737                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
738
739         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
740         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
741         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
742                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
743                     X86_PG_G;
744
745         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
746         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
747         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
748                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V |
749                     PG_U;
750
751         /*
752          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
753          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
754          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
755          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
756          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
757          * that are partially used. 
758          */
759         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
760         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
761                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
762                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
763                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
764                     X86_PG_M | X86_PG_A;
765         }
766         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
767         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
768                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
769                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
770                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | X86_PG_G |
771                     X86_PG_M | X86_PG_A;
772         }
773         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
774                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
775                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
776         }
777
778         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
779         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
780         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
781         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
782
783         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
784         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
785                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
786                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
787         }
788
789         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
790         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
791                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
792                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
793         }
794 }
795
796 /*
797  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
798  *
799  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
800  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
801  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
802  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
803  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
804  *      (physical) address starting relative to 0]
805  */
806 void
807 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
808 {
809         vm_offset_t va;
810         pt_entry_t *pte, *unused;
811
812         /*
813          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
814          */
815         create_pagetables(firstaddr);
816
817         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
818         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
819
820         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
821
822
823         /* XXX do %cr0 as well */
824         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
825         load_cr3(KPML4phys);
826         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
827                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
828
829         /*
830          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
831          */
832         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
833         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
834         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
835         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
836         CPU_ZERO(&kernel_pmap->pm_save);
837         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
838         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
839
840         /*
841          * Initialize the global pv list lock.
842          */
843         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
844
845         /*
846          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
847          * mapping of pages.
848          */
849 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
850         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
851
852         va = virtual_avail;
853         pte = vtopte(va);
854
855         /*
856          * CMAP1 is only used for the memory test.
857          */
858         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
859
860         /*
861          * Crashdump maps.
862          */
863         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
864
865         virtual_avail = va;
866
867         /* Initialize the PAT MSR. */
868         pmap_init_pat();
869
870         /* Initialize TLB Context Id. */
871         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
872         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
873                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
874                 mtx_init(&pcid_mtx, "pcid", NULL, MTX_DEF);
875                 init_unrhdr(&pcid_unr, 1, (1 << 12) - 1, &pcid_mtx);
876                 /* Check for INVPCID support */
877                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
878                     != 0;
879                 kernel_pmap->pm_pcid = 0;
880 #ifndef SMP
881                 pmap_pcid_enabled = 0;
882 #endif
883         } else
884                 pmap_pcid_enabled = 0;
885 }
886
887 /*
888  * Setup the PAT MSR.
889  */
890 void
891 pmap_init_pat(void)
892 {
893         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
894         uint64_t pat_msr;
895         u_long cr0, cr4;
896         int i;
897
898         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
899         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
900                 panic("no PAT??");
901
902         /* Set default PAT index table. */
903         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
904                 pat_table[i] = -1;
905         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
906         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
907         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
908         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
909         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
910         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
911
912         /* Initialize default PAT entries. */
913         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
914             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
915             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
916             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
917             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
918             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
919             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
920             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
921
922         if (pat_works) {
923                 /*
924                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
925                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
926                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
927                  */
928                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
929                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
930                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
931                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
932                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
933                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
934         } else {
935                 /*
936                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
937                  */
938                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
939                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
940                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
941         }
942
943         /* Disable PGE. */
944         cr4 = rcr4();
945         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
946
947         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
948         cr0 = rcr0();
949         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
950
951         /* Flushes caches and TLBs. */
952         wbinvd();
953         invltlb();
954
955         /* Update PAT and index table. */
956         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
957         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
958                 pat_index[i] = pat_table[i];
959
960         /* Flush caches and TLBs again. */
961         wbinvd();
962         invltlb();
963
964         /* Restore caches and PGE. */
965         load_cr0(cr0);
966         load_cr4(cr4);
967 }
968
969 /*
970  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
971  */
972 void
973 pmap_page_init(vm_page_t m)
974 {
975
976         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
977         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
978 }
979
980 /*
981  *      Initialize the pmap module.
982  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
983  *      system needs to map virtual memory.
984  */
985 void
986 pmap_init(void)
987 {
988         vm_page_t mpte;
989         vm_size_t s;
990         int i, pv_npg;
991
992         /*
993          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
994          * page table pages.
995          */ 
996         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
997                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
998                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
999                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1000                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1001                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1002                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1003         }
1004
1005         /*
1006          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
1007          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
1008          * machine monitor.
1009          */
1010         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
1011             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
1012                 workaround_erratum383 = 1;
1013
1014         /*
1015          * Are large page mappings enabled?
1016          */
1017         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1018         if (pg_ps_enabled) {
1019                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1020                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1021                 pagesizes[1] = NBPDR;
1022         }
1023
1024         /*
1025          * Initialize the pv chunk list mutex.
1026          */
1027         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1028
1029         /*
1030          * Initialize the pool of pv list locks.
1031          */
1032         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1033                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1034
1035         /*
1036          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1037          */
1038         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
1039         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
1040
1041         /*
1042          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1043          */
1044         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1045         s = round_page(s);
1046         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1047             M_WAITOK | M_ZERO);
1048         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1049                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1050 }
1051
1052 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1053     "2MB page mapping counters");
1054
1055 static u_long pmap_pde_demotions;
1056 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1057     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1058
1059 static u_long pmap_pde_mappings;
1060 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1061     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1062
1063 static u_long pmap_pde_p_failures;
1064 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1065     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1066
1067 static u_long pmap_pde_promotions;
1068 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1069     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1070
1071 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1072     "1GB page mapping counters");
1073
1074 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1075 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1076     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1077
1078 /***************************************************
1079  * Low level helper routines.....
1080  ***************************************************/
1081
1082 static pt_entry_t
1083 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1084 {
1085         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1086
1087         switch (pmap->pm_type) {
1088         case PT_X86:
1089                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1090                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1091                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1092
1093                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1094                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1095                         entry ^= x86_pat_bits;
1096                 break;
1097         case PT_EPT:
1098                 /*
1099                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1100                  * the same way for regular pages and superpages.
1101                  */
1102                 break;
1103         default:
1104                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1105         }
1106
1107         return (entry);
1108 }
1109
1110 /*
1111  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1112  * caching mode.
1113  */
1114 static int
1115 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1116 {
1117         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1118
1119         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1120                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1121
1122         switch (pmap->pm_type) {
1123         case PT_X86:
1124                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1125                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1126
1127                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1128                 pat_idx = pat_index[mode];
1129
1130                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1131                 cache_bits = 0;
1132                 if (pat_idx & 0x4)
1133                         cache_bits |= pat_flag;
1134                 if (pat_idx & 0x2)
1135                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1136                 if (pat_idx & 0x1)
1137                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1138                 break;
1139
1140         case PT_EPT:
1141                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1142                 break;
1143
1144         default:
1145                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1146         }
1147
1148         return (cache_bits);
1149 }
1150
1151 static int
1152 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1153 {
1154         int mask;
1155
1156         switch (pmap->pm_type) {
1157         case PT_X86:
1158                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1159                 break;
1160         case PT_EPT:
1161                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1162                 break;
1163         default:
1164                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1165         }
1166
1167         return (mask);
1168 }
1169
1170 static __inline boolean_t
1171 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1172 {
1173
1174         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1175 }
1176
1177 static void
1178 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1179 {
1180
1181         switch (pmap->pm_type) {
1182         case PT_X86:
1183                 break;
1184         case PT_EPT:
1185                 /*
1186                  * XXX
1187                  * This is a little bogus since the generation number is
1188                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1189                  * space is invalidated in the page tables.
1190                  *
1191                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1192                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1193                  * invalidated in the TLB.
1194                  *
1195                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1196                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1197                  * side-effect.
1198                  */
1199                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1200                 break;
1201         default:
1202                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1203         }
1204         pde_store(pde, newpde);
1205 }
1206
1207 /*
1208  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1209  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1210  * calling processor's TLB is affected.
1211  *
1212  * The calling thread must be pinned to a processor.
1213  */
1214 static void
1215 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1216 {
1217         pt_entry_t PG_G;
1218
1219         if (pmap->pm_type == PT_EPT)
1220                 return;
1221
1222         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1223             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1224
1225         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1226
1227         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1228                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1229                 invlpg(va);
1230         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1231                 /*
1232                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1233                  * because there are too many to flush individually.
1234                  */
1235                 invltlb();
1236         else {
1237                 /*
1238                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1239                  * including any global (PG_G) mappings.
1240                  */
1241                 invltlb_globpcid();
1242         }
1243 }
1244 #ifdef SMP
1245
1246 static void
1247 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1248 {
1249         struct invpcid_descr d;
1250         uint64_t cr3;
1251
1252         if (invpcid_works) {
1253                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1254                 d.pad = 0;
1255                 d.addr = va;
1256                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1257                 return;
1258         }
1259
1260         cr3 = rcr3();
1261         critical_enter();
1262         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1263         invlpg(va);
1264         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1265         critical_exit();
1266 }
1267
1268 /*
1269  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1270  *
1271  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1272  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1273  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1274  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1275  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1276  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1277  * one of the following functions but before a store updating the page
1278  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1279  * processor before its pm_active field is checked but due to
1280  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1281  * pmap as inactive on the other processor.
1282  * 
1283  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1284  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1285  * processor.
1286  */
1287
1288 /*
1289  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1290  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1291  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1292  */
1293 static __inline void
1294 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1295 {
1296
1297         sched_pin();
1298         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1299             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1300
1301         /*
1302          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1303          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1304          *
1305          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1306          * are flushed from the TLB on each context switch.
1307          *
1308          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1309          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1310          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1311          *
1312          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1313          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1314          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1315          */
1316         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1317
1318         /*
1319          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1320          *
1321          * XXX this is not optimal because IPI_AST builds a trapframe
1322          * whereas all we need is an 'eoi' followed by 'iret'.
1323          */
1324         ipi_selected(pmap->pm_active, IPI_AST);
1325         sched_unpin();
1326 }
1327
1328 void
1329 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1330 {
1331         cpuset_t other_cpus;
1332         u_int cpuid;
1333
1334         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1335                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1336                 return;
1337         }
1338
1339         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1340             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1341
1342         sched_pin();
1343         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1344                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1345                         invlpg(va);
1346                 } else {
1347                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1348                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1349                                         invlpg(va);
1350                                 else
1351                                         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1352                         } else {
1353                                 invltlb_globpcid();
1354                         }
1355                 }
1356                 smp_invlpg(pmap, va);
1357         } else {
1358                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1359                 other_cpus = all_cpus;
1360                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1361                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1362                         invlpg(va);
1363                 else if (pmap_pcid_enabled) {
1364                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1365                                 pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1366                         else
1367                                 invltlb_globpcid();
1368                 }
1369                 if (pmap_pcid_enabled)
1370                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1371                 else
1372                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1373                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1374                         smp_masked_invlpg(other_cpus, pmap, va);
1375         }
1376         sched_unpin();
1377 }
1378
1379 static void
1380 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1381 {
1382         struct invpcid_descr d;
1383         uint64_t cr3;
1384         vm_offset_t addr;
1385
1386         if (invpcid_works) {
1387                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1388                 d.pad = 0;
1389                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
1390                         d.addr = addr;
1391                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1392                 }
1393                 return;
1394         }
1395
1396         cr3 = rcr3();
1397         critical_enter();
1398         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1399         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1400                 invlpg(addr);
1401         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1402         critical_exit();
1403 }
1404
1405 void
1406 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1407 {
1408         cpuset_t other_cpus;
1409         vm_offset_t addr;
1410         u_int cpuid;
1411
1412         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1413                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1414                 return;
1415         }
1416
1417         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1418             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1419
1420         sched_pin();
1421         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1422                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1423                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1424                                 invlpg(addr);
1425                 } else {
1426                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1427                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1428                                         for (addr = sva; addr < eva;
1429                                             addr += PAGE_SIZE)
1430                                                 invlpg(addr);
1431                                 } else {
1432                                         pmap_invalidate_range_pcid(pmap,
1433                                             sva, eva);
1434                                 }
1435                         } else {
1436                                 invltlb_globpcid();
1437                         }
1438                 }
1439                 smp_invlpg_range(pmap, sva, eva);
1440         } else {
1441                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1442                 other_cpus = all_cpus;
1443                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1444                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active)) {
1445                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1446                                 invlpg(addr);
1447                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1448                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1449                                 pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva);
1450                         else
1451                                 invltlb_globpcid();
1452                 }
1453                 if (pmap_pcid_enabled)
1454                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1455                 else
1456                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1457                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1458                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, pmap, sva, eva);
1459         }
1460         sched_unpin();
1461 }
1462
1463 void
1464 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1465 {
1466         cpuset_t other_cpus;
1467         struct invpcid_descr d;
1468         uint64_t cr3;
1469         u_int cpuid;
1470
1471         if (pmap->pm_type == PT_EPT) {
1472                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1473                 return;
1474         }
1475
1476         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1477             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1478
1479         sched_pin();
1480         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1481         if (pmap == kernel_pmap ||
1482             (pmap_pcid_enabled && !CPU_CMP(&pmap->pm_save, &all_cpus)) ||
1483             !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1484                 if (invpcid_works) {
1485                         bzero(&d, sizeof(d));
1486                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1487                 } else {
1488                         invltlb_globpcid();
1489                 }
1490                 CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1491                 smp_invltlb(pmap);
1492         } else {
1493                 other_cpus = all_cpus;
1494                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1495
1496                 /*
1497                  * This logic is duplicated in the Xinvltlb shootdown
1498                  * IPI handler.
1499                  */
1500                 if (pmap_pcid_enabled) {
1501                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1502                                 if (invpcid_works) {
1503                                         d.pcid = pmap->pm_pcid;
1504                                         d.pad = 0;
1505                                         d.addr = 0;
1506                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1507                                 } else {
1508                                         cr3 = rcr3();
1509                                         critical_enter();
1510
1511                                         /*
1512                                          * Bit 63 is clear, pcid TLB
1513                                          * entries are invalidated.
1514                                          */
1515                                         load_cr3(pmap->pm_cr3);
1516                                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1517                                         critical_exit();
1518                                 }
1519                         } else {
1520                                 invltlb_globpcid();
1521                         }
1522                 } else if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1523                         invltlb();
1524                 CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1525                 if (pmap_pcid_enabled)
1526                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1527                 else
1528                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1529                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1530                         smp_masked_invltlb(other_cpus, pmap);
1531         }
1532         sched_unpin();
1533 }
1534
1535 void
1536 pmap_invalidate_cache(void)
1537 {
1538
1539         sched_pin();
1540         wbinvd();
1541         smp_cache_flush();
1542         sched_unpin();
1543 }
1544
1545 struct pde_action {
1546         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1547         pmap_t pmap;
1548         vm_offset_t va;
1549         pd_entry_t *pde;
1550         pd_entry_t newpde;
1551         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1552 };
1553
1554 static void
1555 pmap_update_pde_action(void *arg)
1556 {
1557         struct pde_action *act = arg;
1558
1559         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1560                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1561 }
1562
1563 static void
1564 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1565 {
1566         struct pde_action *act = arg;
1567
1568         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1569                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1574  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1575  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1576  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1577  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1578  * hardware error.
1579  */
1580 static void
1581 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1582 {
1583         struct pde_action act;
1584         cpuset_t active, other_cpus;
1585         u_int cpuid;
1586
1587         sched_pin();
1588         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1589         other_cpus = all_cpus;
1590         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1591         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_type == PT_EPT)
1592                 active = all_cpus;
1593         else {
1594                 active = pmap->pm_active;
1595                 CPU_AND_ATOMIC(&pmap->pm_save, &active);
1596         }
1597         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1598                 act.store = cpuid;
1599                 act.invalidate = active;
1600                 act.va = va;
1601                 act.pmap = pmap;
1602                 act.pde = pde;
1603                 act.newpde = newpde;
1604                 CPU_SET(cpuid, &active);
1605                 smp_rendezvous_cpus(active,
1606                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1607                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1608         } else {
1609                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1610                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1611                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1612         }
1613         sched_unpin();
1614 }
1615 #else /* !SMP */
1616 /*
1617  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1618  * We inline these within pmap.c for speed.
1619  */
1620 PMAP_INLINE void
1621 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1622 {
1623
1624         switch (pmap->pm_type) {
1625         case PT_X86:
1626                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1627                         invlpg(va);
1628                 break;
1629         case PT_EPT:
1630                 pmap->pm_eptgen++;
1631                 break;
1632         default:
1633                 panic("pmap_invalidate_page: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1634         }
1635 }
1636
1637 PMAP_INLINE void
1638 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1639 {
1640         vm_offset_t addr;
1641
1642         switch (pmap->pm_type) {
1643         case PT_X86:
1644                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1645                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1646                                 invlpg(addr);
1647                 break;
1648         case PT_EPT:
1649                 pmap->pm_eptgen++;
1650                 break;
1651         default:
1652                 panic("pmap_invalidate_range: unknown type: %d", pmap->pm_type);
1653         }
1654 }
1655
1656 PMAP_INLINE void
1657 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1658 {
1659
1660         switch (pmap->pm_type) {
1661         case PT_X86:
1662                 if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1663                         invltlb();
1664                 break;
1665         case PT_EPT:
1666                 pmap->pm_eptgen++;
1667                 break;
1668         default:
1669                 panic("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type);
1670         }
1671 }
1672
1673 PMAP_INLINE void
1674 pmap_invalidate_cache(void)
1675 {
1676
1677         wbinvd();
1678 }
1679
1680 static void
1681 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1682 {
1683
1684         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1685         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1686                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1687         else
1688                 CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1689 }
1690 #endif /* !SMP */
1691
1692 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1693
1694 void
1695 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1696 {
1697
1698         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1699             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1700         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1701             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1702
1703         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1704                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1705         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1706             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1707
1708                 /*
1709                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1710                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1711                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1712                  * don't need to flush for that range anyway.
1713                  */
1714                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1715                         return;
1716
1717                 /*
1718                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1719                  * instruction to insure that previous stores are
1720                  * included in the write-back.  The processor
1721                  * propagates flush to other processors in the cache
1722                  * coherence domain.
1723                  */
1724                 mfence();
1725                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1726                         clflush(sva);
1727                 mfence();
1728         } else {
1729
1730                 /*
1731                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1732                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1733                  * Globally invalidate cache.
1734                  */
1735                 pmap_invalidate_cache();
1736         }
1737 }
1738
1739 /*
1740  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1741  *
1742  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1743  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1744  * when moving pages into a different cache domain.
1745  */
1746 void
1747 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1748 {
1749         vm_offset_t daddr, eva;
1750         int i;
1751
1752         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1753             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1754                 pmap_invalidate_cache();
1755         else {
1756                 mfence();
1757                 for (i = 0; i < count; i++) {
1758                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1759                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1760                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1761                                 clflush(daddr);
1762                 }
1763                 mfence();
1764         }
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Are we current address space or kernel?
1769  */
1770 static __inline int
1771 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1772 {
1773         return (pmap == kernel_pmap ||
1774             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1775 }
1776
1777 /*
1778  *      Routine:        pmap_extract
1779  *      Function:
1780  *              Extract the physical page address associated
1781  *              with the given map/virtual_address pair.
1782  */
1783 vm_paddr_t 
1784 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1785 {
1786         pdp_entry_t *pdpe;
1787         pd_entry_t *pde;
1788         pt_entry_t *pte, PG_V;
1789         vm_paddr_t pa;
1790
1791         pa = 0;
1792         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1793         PMAP_LOCK(pmap);
1794         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1795         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1796                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1797                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1798                 else {
1799                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1800                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1801                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1802                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1803                                             (va & PDRMASK);
1804                                 } else {
1805                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1806                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1807                                             (va & PAGE_MASK);
1808                                 }
1809                         }
1810                 }
1811         }
1812         PMAP_UNLOCK(pmap);
1813         return (pa);
1814 }
1815
1816 /*
1817  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1818  *      Function:
1819  *              Atomically extract and hold the physical page
1820  *              with the given pmap and virtual address pair
1821  *              if that mapping permits the given protection.
1822  */
1823 vm_page_t
1824 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1825 {
1826         pd_entry_t pde, *pdep;
1827         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
1828         vm_paddr_t pa;
1829         vm_page_t m;
1830
1831         pa = 0;
1832         m = NULL;
1833         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
1834         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1835         PMAP_LOCK(pmap);
1836 retry:
1837         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1838         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1839                 if (pde & PG_PS) {
1840                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1841                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1842                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1843                                         goto retry;
1844                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1845                                     (va & PDRMASK));
1846                                 vm_page_hold(m);
1847                         }
1848                 } else {
1849                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1850                         if ((pte & PG_V) &&
1851                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1852                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1853                                     &pa))
1854                                         goto retry;
1855                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1856                                 vm_page_hold(m);
1857                         }
1858                 }
1859         }
1860         PA_UNLOCK_COND(pa);
1861         PMAP_UNLOCK(pmap);
1862         return (m);
1863 }
1864
1865 vm_paddr_t
1866 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1867 {
1868         pd_entry_t pde;
1869         vm_paddr_t pa;
1870
1871         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1872                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1873         } else {
1874                 pde = *vtopde(va);
1875                 if (pde & PG_PS) {
1876                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1877                 } else {
1878                         /*
1879                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1880                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1881                          * be used to access the PTE because it would use the
1882                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1883                          * because the page table page is preserved by the
1884                          * promotion.
1885                          */
1886                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1887                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1888                 }
1889         }
1890         return (pa);
1891 }
1892
1893 /***************************************************
1894  * Low level mapping routines.....
1895  ***************************************************/
1896
1897 /*
1898  * Add a wired page to the kva.
1899  * Note: not SMP coherent.
1900  */
1901 PMAP_INLINE void 
1902 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1903 {
1904         pt_entry_t *pte;
1905
1906         pte = vtopte(va);
1907         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G);
1908 }
1909
1910 static __inline void
1911 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1912 {
1913         pt_entry_t *pte;
1914         int cache_bits;
1915
1916         pte = vtopte(va);
1917         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
1918         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_G | cache_bits);
1919 }
1920
1921 /*
1922  * Remove a page from the kernel pagetables.
1923  * Note: not SMP coherent.
1924  */
1925 PMAP_INLINE void
1926 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1927 {
1928         pt_entry_t *pte;
1929
1930         pte = vtopte(va);
1931         pte_clear(pte);
1932 }
1933
1934 /*
1935  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1936  *      virtual address space.
1937  *
1938  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1939  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1940  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1941  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1942  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1943  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1944  *      region.
1945  */
1946 vm_offset_t
1947 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1948 {
1949         return PHYS_TO_DMAP(start);
1950 }
1951
1952
1953 /*
1954  * Add a list of wired pages to the kva
1955  * this routine is only used for temporary
1956  * kernel mappings that do not need to have
1957  * page modification or references recorded.
1958  * Note that old mappings are simply written
1959  * over.  The page *must* be wired.
1960  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1961  */
1962 void
1963 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1964 {
1965         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1966         vm_page_t m;
1967         int cache_bits;
1968
1969         oldpte = 0;
1970         pte = vtopte(sva);
1971         endpte = pte + count;
1972         while (pte < endpte) {
1973                 m = *ma++;
1974                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
1975                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
1976                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1977                         oldpte |= *pte;
1978                         pte_store(pte, pa | X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_V);
1979                 }
1980                 pte++;
1981         }
1982         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
1983                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1984                     PAGE_SIZE);
1985 }
1986
1987 /*
1988  * This routine tears out page mappings from the
1989  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1990  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1991  */
1992 void
1993 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1994 {
1995         vm_offset_t va;
1996
1997         va = sva;
1998         while (count-- > 0) {
1999                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2000                 pmap_kremove(va);
2001                 va += PAGE_SIZE;
2002         }
2003         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2004 }
2005
2006 /***************************************************
2007  * Page table page management routines.....
2008  ***************************************************/
2009 static __inline void
2010 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2011 {
2012         vm_page_t m;
2013
2014         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
2015                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2016                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2017                 vm_page_free_toq(m);
2018         }
2019 }
2020
2021 /*
2022  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2023  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2024  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2025  */
2026 static __inline void
2027 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2028     boolean_t set_PG_ZERO)
2029 {
2030
2031         if (set_PG_ZERO)
2032                 m->flags |= PG_ZERO;
2033         else
2034                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2035         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2036 }
2037         
2038 /*
2039  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2040  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2041  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2042  * ordered by this virtual address range.
2043  */
2044 static __inline int
2045 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2046 {
2047
2048         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2049         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2050 }
2051
2052 /*
2053  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
2054  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
2055  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
2056  */
2057 static __inline vm_page_t
2058 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2059 {
2060
2061         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2062         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2063 }
2064
2065 /*
2066  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
2067  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
2068  * the pmap's collection.
2069  */
2070 static __inline void
2071 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2072 {
2073
2074         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2075         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
2076 }
2077
2078 /*
2079  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2080  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2081  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2082  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2083  */
2084 static inline boolean_t
2085 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2086 {
2087
2088         --m->wire_count;
2089         if (m->wire_count == 0) {
2090                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2091                 return (TRUE);
2092         } else
2093                 return (FALSE);
2094 }
2095
2096 static void
2097 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2098 {
2099
2100         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2101         /*
2102          * unmap the page table page
2103          */
2104         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2105                 /* PDP page */
2106                 pml4_entry_t *pml4;
2107                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2108                 *pml4 = 0;
2109         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2110                 /* PD page */
2111                 pdp_entry_t *pdp;
2112                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2113                 *pdp = 0;
2114         } else {
2115                 /* PTE page */
2116                 pd_entry_t *pd;
2117                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2118                 *pd = 0;
2119         }
2120         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2121         if (m->pindex < NUPDE) {
2122                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2123                 vm_page_t pdpg;
2124
2125                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2126                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2127         }
2128         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2129                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2130                 vm_page_t pdppg;
2131
2132                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2133                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2134         }
2135
2136         /*
2137          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
2138          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
2139          * down is begun.
2140          */
2141         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2142
2143         /* 
2144          * Put page on a list so that it is released after
2145          * *ALL* TLB shootdown is done
2146          */
2147         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2148 }
2149
2150 /*
2151  * After removing a page table entry, this routine is used to
2152  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2153  */
2154 static int
2155 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2156     struct spglist *free)
2157 {
2158         vm_page_t mpte;
2159
2160         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2161                 return (0);
2162         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2163         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2164         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2165 }
2166
2167 void
2168 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2169 {
2170
2171         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2172         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2173         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2174         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2175         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2176         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2177         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2178         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2179         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2180         pmap->pm_pcid = pmap_pcid_enabled ? 0 : -1;
2181         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2182 }
2183
2184 /*
2185  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2186  * such as one in a vmspace structure.
2187  */
2188 int
2189 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2190 {
2191         vm_page_t pml4pg;
2192         vm_paddr_t pml4phys;
2193         int i;
2194
2195         /*
2196          * allocate the page directory page
2197          */
2198         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2199             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
2200                 VM_WAIT;
2201
2202         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2203         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2204         pmap->pm_pcid = -1;
2205         pmap->pm_cr3 = ~0;      /* initialize to an invalid value */
2206
2207         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2208                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2209
2210         /*
2211          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2212          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2213          * address space.
2214          */
2215         if ((pmap->pm_type = pm_type) == PT_X86) {
2216                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2217
2218                 /* Wire in kernel global address entries. */
2219                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2220                         pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) |
2221                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2222                 }
2223                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2224                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) |
2225                             X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_U;
2226                 }
2227
2228                 /* install self-referential address mapping entry(s) */
2229                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) |
2230                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2231
2232                 if (pmap_pcid_enabled) {
2233                         pmap->pm_pcid = alloc_unr(&pcid_unr);
2234                         if (pmap->pm_pcid != -1)
2235                                 pmap->pm_cr3 |= pmap->pm_pcid;
2236                 }
2237         }
2238
2239         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2240         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2241         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2242         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2243         pmap->pm_flags = flags;
2244         pmap->pm_eptgen = 0;
2245         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
2246
2247         return (1);
2248 }
2249
2250 int
2251 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2252 {
2253
2254         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2255 }
2256
2257 /*
2258  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2259  *
2260  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2261  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2262  *
2263  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2264  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2265  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2266  * race conditions.
2267  */
2268 static vm_page_t
2269 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2270 {
2271         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2272         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2273
2274         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2275
2276         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2277         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2278         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2279         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2280
2281         /*
2282          * Allocate a page table page.
2283          */
2284         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2285             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2286                 if (lockp != NULL) {
2287                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2288                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2289                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2290                         VM_WAIT;
2291                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2292                         PMAP_LOCK(pmap);
2293                 }
2294
2295                 /*
2296                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2297                  * page may have been allocated.
2298                  */
2299                 return (NULL);
2300         }
2301         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2302                 pmap_zero_page(m);
2303
2304         /*
2305          * Map the pagetable page into the process address space, if
2306          * it isn't already there.
2307          */
2308
2309         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2310                 pml4_entry_t *pml4;
2311                 vm_pindex_t pml4index;
2312
2313                 /* Wire up a new PDPE page */
2314                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2315                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2316                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2317
2318         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2319                 vm_pindex_t pml4index;
2320                 vm_pindex_t pdpindex;
2321                 pml4_entry_t *pml4;
2322                 pdp_entry_t *pdp;
2323
2324                 /* Wire up a new PDE page */
2325                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2326                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2327
2328                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2329                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2330                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2331                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2332                             lockp) == NULL) {
2333                                 --m->wire_count;
2334                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2335                                 vm_page_free_zero(m);
2336                                 return (NULL);
2337                         }
2338                 } else {
2339                         /* Add reference to pdp page */
2340                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2341                         pdppg->wire_count++;
2342                 }
2343                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2344
2345                 /* Now find the pdp page */
2346                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2347                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2348
2349         } else {
2350                 vm_pindex_t pml4index;
2351                 vm_pindex_t pdpindex;
2352                 pml4_entry_t *pml4;
2353                 pdp_entry_t *pdp;
2354                 pd_entry_t *pd;
2355
2356                 /* Wire up a new PTE page */
2357                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2358                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2359
2360                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2361                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2362                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2363                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2364                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2365                             lockp) == NULL) {
2366                                 --m->wire_count;
2367                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2368                                 vm_page_free_zero(m);
2369                                 return (NULL);
2370                         }
2371                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2372                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2373                 } else {
2374                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2375                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2376                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2377                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2378                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2379                                     lockp) == NULL) {
2380                                         --m->wire_count;
2381                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
2382                                             1);
2383                                         vm_page_free_zero(m);
2384                                         return (NULL);
2385                                 }
2386                         } else {
2387                                 /* Add reference to the pd page */
2388                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2389                                 pdpg->wire_count++;
2390                         }
2391                 }
2392                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2393
2394                 /* Now we know where the page directory page is */
2395                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2396                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2397         }
2398
2399         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2400
2401         return (m);
2402 }
2403
2404 static vm_page_t
2405 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2406 {
2407         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2408         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2409         vm_page_t pdpg;
2410
2411         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2412
2413 retry:
2414         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2415         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2416                 /* Add a reference to the pd page. */
2417                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2418                 pdpg->wire_count++;
2419         } else {
2420                 /* Allocate a pd page. */
2421                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2422                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2423                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2424                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2425                         goto retry;
2426         }
2427         return (pdpg);
2428 }
2429
2430 static vm_page_t
2431 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2432 {
2433         vm_pindex_t ptepindex;
2434         pd_entry_t *pd, PG_V;
2435         vm_page_t m;
2436
2437         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2438
2439         /*
2440          * Calculate pagetable page index
2441          */
2442         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2443 retry:
2444         /*
2445          * Get the page directory entry
2446          */
2447         pd = pmap_pde(pmap, va);
2448
2449         /*
2450          * This supports switching from a 2MB page to a
2451          * normal 4K page.
2452          */
2453         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2454                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2455                         /*
2456                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2457                          * the deallocation of the underlying PD page.
2458                          */
2459                         pd = NULL;
2460                 }
2461         }
2462
2463         /*
2464          * If the page table page is mapped, we just increment the
2465          * hold count, and activate it.
2466          */
2467         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2468                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2469                 m->wire_count++;
2470         } else {
2471                 /*
2472                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2473                  * deallocated.
2474                  */
2475                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2476                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2477                         goto retry;
2478         }
2479         return (m);
2480 }
2481
2482
2483 /***************************************************
2484  * Pmap allocation/deallocation routines.
2485  ***************************************************/
2486
2487 /*
2488  * Release any resources held by the given physical map.
2489  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2490  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2491  */
2492 void
2493 pmap_release(pmap_t pmap)
2494 {
2495         vm_page_t m;
2496         int i;
2497
2498         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2499             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2500             pmap->pm_stats.resident_count));
2501         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2502             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2503
2504         if (pmap_pcid_enabled) {
2505                 /*
2506                  * Invalidate any left TLB entries, to allow the reuse
2507                  * of the pcid.
2508                  */
2509                 pmap_invalidate_all(pmap);
2510         }
2511
2512         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2513
2514         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2515                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2516         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2517                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2518         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2519
2520         m->wire_count--;
2521         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2522         vm_page_free_zero(m);
2523         if (pmap->pm_pcid != -1)
2524                 free_unr(&pcid_unr, pmap->pm_pcid);
2525 }
2526 \f
2527 static int
2528 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2529 {
2530         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2531
2532         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2533 }
2534 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2535     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2536
2537 static int
2538 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2539 {
2540         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2541
2542         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2543 }
2544 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2545     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2546
2547 /*
2548  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2549  */
2550 void
2551 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2552 {
2553         vm_paddr_t paddr;
2554         vm_page_t nkpg;
2555         pd_entry_t *pde, newpdir;
2556         pdp_entry_t *pdpe;
2557
2558         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2559
2560         /*
2561          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2562          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2563          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2564          *
2565          * The correctness of this action is based on the following
2566          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2567          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2568          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2569          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2570          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2571          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2572          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2573          * "KERNBASE".
2574          */
2575         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2576                 return;
2577
2578         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2579         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2580                 addr = kernel_map->max_offset;
2581         while (kernel_vm_end < addr) {
2582                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2583                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
2584                         /* We need a new PDP entry */
2585                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2586                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2587                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2588                         if (nkpg == NULL)
2589                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2590                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2591                                 pmap_zero_page(nkpg);
2592                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2593                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2594                             X86_PG_A | X86_PG_M);
2595                         continue; /* try again */
2596                 }
2597                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2598                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
2599                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2600                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2601                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2602                                 break;                       
2603                         }
2604                         continue;
2605                 }
2606
2607                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2608                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2609                     VM_ALLOC_ZERO);
2610                 if (nkpg == NULL)
2611                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2612                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2613                         pmap_zero_page(nkpg);
2614                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2615                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
2616                 pde_store(pde, newpdir);
2617
2618                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2619                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2620                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2621                         break;                       
2622                 }
2623         }
2624 }
2625
2626
2627 /***************************************************
2628  * page management routines.
2629  ***************************************************/
2630
2631 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2632 CTASSERT(_NPCM == 3);
2633 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2634
2635 static __inline struct pv_chunk *
2636 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2637 {
2638
2639         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2640 }
2641
2642 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2643
2644 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2645 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2646 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2647
2648 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2649
2650 #ifdef PV_STATS
2651 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2652
2653 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2654         "Current number of pv entry chunks");
2655 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2656         "Current number of pv entry chunks allocated");
2657 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2658         "Current number of pv entry chunks frees");
2659 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2660         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2661
2662 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2663 static int pv_entry_spare;
2664
2665 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2666         "Current number of pv entry frees");
2667 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2668         "Current number of pv entry allocs");
2669 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2670         "Current number of pv entries");
2671 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2672         "Current number of spare pv entries");
2673 #endif
2674
2675 /*
2676  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2677  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2678  * another pv entry chunk.
2679  *
2680  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2681  *
2682  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2683  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2684  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2685  */
2686 static vm_page_t
2687 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2688 {
2689         struct pch new_tail;
2690         struct pv_chunk *pc;
2691         struct md_page *pvh;
2692         pd_entry_t *pde;
2693         pmap_t pmap;
2694         pt_entry_t *pte, tpte;
2695         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
2696         pv_entry_t pv;
2697         vm_offset_t va;
2698         vm_page_t m, m_pc;
2699         struct spglist free;
2700         uint64_t inuse;
2701         int bit, field, freed;
2702
2703         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2704         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2705         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2706         pmap = NULL;
2707         m_pc = NULL;
2708         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
2709         SLIST_INIT(&free);
2710         TAILQ_INIT(&new_tail);
2711         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2712         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2713                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2714                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2715                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2716                         if (pmap != NULL) {
2717                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2718                                 if (pmap != locked_pmap)
2719                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2720                         }
2721                         pmap = pc->pc_pmap;
2722                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2723                         if (pmap > locked_pmap) {
2724                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2725                                 PMAP_LOCK(pmap);
2726                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2727                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2728                                 pmap = NULL;
2729                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2730                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2731                                 continue;
2732                         }
2733                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2734                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2735                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2736                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2737                 }
2738
2739                 /*
2740                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2741                  */
2742                 freed = 0;
2743                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2744                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2745                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2746                                 bit = bsfq(inuse);
2747                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2748                                 va = pv->pv_va;
2749                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2750                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2751                                         continue;
2752                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2753                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2754                                         continue;
2755                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2756                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2757                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2758                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2759                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2760                                         vm_page_dirty(m);
2761                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2762                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2763                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2764                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2765                                 m->md.pv_gen++;
2766                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2767                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2768                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2769                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2770                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2771                                                     PGA_WRITEABLE);
2772                                         }
2773                                 }
2774                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2775                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2776                                 freed++;
2777                         }
2778                 }
2779                 if (freed == 0) {
2780                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2781                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2782                         continue;
2783                 }
2784                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2785                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2786                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2787                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2788                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2789                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2790                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2791                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2792                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2793                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2794                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2795                         /* Entire chunk is free; return it. */
2796                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2797                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2798                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2799                         break;
2800                 }
2801                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2802                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2803                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2804                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2805                 if (pmap == locked_pmap)
2806                         break;
2807         }
2808         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2809         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2810         if (pmap != NULL) {
2811                 pmap_invalidate_all(pmap);
2812                 if (pmap != locked_pmap)
2813                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2814         }
2815         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2816                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2817                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2818                 /* Recycle a freed page table page. */
2819                 m_pc->wire_count = 1;
2820                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2821         }
2822         pmap_free_zero_pages(&free);
2823         return (m_pc);
2824 }
2825
2826 /*
2827  * free the pv_entry back to the free list
2828  */
2829 static void
2830 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2831 {
2832         struct pv_chunk *pc;
2833         int idx, field, bit;
2834
2835         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2836         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2837         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2838         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2839         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2840         pc = pv_to_chunk(pv);
2841         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2842         field = idx / 64;
2843         bit = idx % 64;
2844         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2845         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2846             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2847                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2848                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2849                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2850                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2851                 }
2852                 return;
2853         }
2854         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2855         free_pv_chunk(pc);
2856 }
2857
2858 static void
2859 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2860 {
2861         vm_page_t m;
2862
2863         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2864         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2865         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2866         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2867         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2868         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2869         /* entire chunk is free, return it */
2870         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2871         dump_drop_page(m->phys_addr);
2872         vm_page_unwire(m, 0);
2873         vm_page_free(m);
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2878  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2879  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2880  * returned.
2881  *
2882  * The given PV list lock may be released.
2883  */
2884 static pv_entry_t
2885 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2886 {
2887         int bit, field;
2888         pv_entry_t pv;
2889         struct pv_chunk *pc;
2890         vm_page_t m;
2891
2892         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2893         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2894         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2895 retry:
2896         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2897         if (pc != NULL) {
2898                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2899                         if (pc->pc_map[field]) {
2900                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2901                                 break;
2902                         }
2903                 }
2904                 if (field < _NPCM) {
2905                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2906                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2907                         /* If this was the last item, move it to tail */
2908                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2909                             pc->pc_map[2] == 0) {
2910                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2911                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2912                                     pc_list);
2913                         }
2914                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2915                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2916                         return (pv);
2917                 }
2918         }
2919         /* No free items, allocate another chunk */
2920         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2921             VM_ALLOC_WIRED);
2922         if (m == NULL) {
2923                 if (lockp == NULL) {
2924                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2925                         return (NULL);
2926                 }
2927                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2928                 if (m == NULL)
2929                         goto retry;
2930         }
2931         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2932         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2933         dump_add_page(m->phys_addr);
2934         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2935         pc->pc_pmap = pmap;
2936         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2937         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2938         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2939         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2940         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2941         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2942         pv = &pc->pc_pventry[0];
2943         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2944         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2945         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2946         return (pv);
2947 }
2948
2949 /*
2950  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2951  */
2952 static int
2953 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2954 {
2955         int count;
2956
2957         /*
2958          * This simple method of counting the one bits performs well because
2959          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2960          */
2961         count = 0;
2962         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2963                 count++;
2964         return (count);
2965 }
2966
2967 /*
2968  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2969  * exceeds the given count, "needed".
2970  *
2971  * The given PV list lock may be released.
2972  */
2973 static void
2974 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2975 {
2976         struct pch new_tail;
2977         struct pv_chunk *pc;
2978         int avail, free;
2979         vm_page_t m;
2980
2981         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2982         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2983         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2984
2985         /*
2986          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2987          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2988          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2989          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2990          */
2991         TAILQ_INIT(&new_tail);
2992 retry:
2993         avail = 0;
2994         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2995                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2996                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2997                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
2998                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
2999                 } else {
3000                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
3001                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
3002                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
3003                 }
3004                 if (free == 0)
3005                         break;
3006                 avail += free;
3007                 if (avail >= needed)
3008                         break;
3009         }
3010         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3011                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3012                     VM_ALLOC_WIRED);
3013                 if (m == NULL) {
3014                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3015                         if (m == NULL)
3016                                 goto retry;
3017                 }
3018                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3019                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3020                 dump_add_page(m->phys_addr);
3021                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3022                 pc->pc_pmap = pmap;
3023                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3024                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3025                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3026                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3027                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3028                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3029         }
3030         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3031                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3032                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3033                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3034         }
3035 }
3036
3037 /*
3038  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3039  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3040  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3041  * 2MB page mappings.
3042  */
3043 static __inline pv_entry_t
3044 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3045 {
3046         pv_entry_t pv;
3047
3048         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3049         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3050                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3051                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3052                         pvh->pv_gen++;
3053                         break;
3054                 }
3055         }
3056         return (pv);
3057 }
3058
3059 /*
3060  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3061  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3062  * entries for each of the 4KB page mappings.
3063  */
3064 static void
3065 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3066     struct rwlock **lockp)
3067 {
3068         struct md_page *pvh;
3069         struct pv_chunk *pc;
3070         pv_entry_t pv;
3071         vm_offset_t va_last;
3072         vm_page_t m;
3073         int bit, field;
3074
3075         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3076         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3077         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3078             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3079         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3080
3081         /*
3082          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3083          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3084          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3085          */
3086         pvh = pa_to_pvh(pa);
3087         va = trunc_2mpage(va);
3088         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3089         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3090         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3091         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3092         m->md.pv_gen++;
3093         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3094         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3095         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3096         for (;;) {
3097                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3098                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3099                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3100                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3101                         while (pc->pc_map[field]) {
3102                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3103                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3104                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3105                                 va += PAGE_SIZE;
3106                                 pv->pv_va = va;
3107                                 m++;
3108                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3109                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3110                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3111                                 m->md.pv_gen++;
3112                                 if (va == va_last)
3113                                         goto out;
3114                         }
3115                 }
3116                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3117                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3118         }
3119 out:
3120         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3121                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3122                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3123         }
3124         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3125         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3126 }
3127
3128 /*
3129  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3130  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3131  * for the 2MB page mapping.
3132  */
3133 static void
3134 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3135     struct rwlock **lockp)
3136 {
3137         struct md_page *pvh;
3138         pv_entry_t pv;
3139         vm_offset_t va_last;
3140         vm_page_t m;
3141
3142         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3143         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3144             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3145         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3146
3147         /*
3148          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3149          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3150          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3151          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3152          * mappings that is being promoted.
3153          */
3154         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3155         va = trunc_2mpage(va);
3156         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3157         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3158         pvh = pa_to_pvh(pa);
3159         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3160         pvh->pv_gen++;
3161         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3162         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3163         do {
3164                 m++;
3165                 va += PAGE_SIZE;
3166                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3167         } while (va < va_last);
3168 }
3169
3170 /*
3171  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3172  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3173  * page mappings.
3174  */
3175 static void
3176 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3177 {
3178         pv_entry_t pv;
3179
3180         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3181         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3182         free_pv_entry(pmap, pv);
3183 }
3184
3185 /*
3186  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3187  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3188  */
3189 static boolean_t
3190 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3191     struct rwlock **lockp)
3192 {
3193         pv_entry_t pv;
3194
3195         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3196         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3197         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3198         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3199                 pv->pv_va = va;
3200                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3201                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3202                 m->md.pv_gen++;
3203                 return (TRUE);
3204         } else
3205                 return (FALSE);
3206 }
3207
3208 /*
3209  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
3210  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3211  */
3212 static boolean_t
3213 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3214     struct rwlock **lockp)
3215 {
3216         struct md_page *pvh;
3217         pv_entry_t pv;
3218
3219         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3220         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3221         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3222         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3223                 pv->pv_va = va;
3224                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3225                 pvh = pa_to_pvh(pa);
3226                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3227                 pvh->pv_gen++;
3228                 return (TRUE);
3229         } else
3230                 return (FALSE);
3231 }
3232
3233 /*
3234  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3235  */
3236 static void
3237 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3238 {
3239         pt_entry_t *pte;
3240
3241         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3242                 *pte = newpte;
3243                 newpte += PAGE_SIZE;
3244         }
3245 }
3246
3247 /*
3248  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3249  * mapping is invalidated.
3250  */
3251 static boolean_t
3252 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3253 {
3254         struct rwlock *lock;
3255         boolean_t rv;
3256
3257         lock = NULL;
3258         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3259         if (lock != NULL)
3260                 rw_wunlock(lock);
3261         return (rv);
3262 }
3263
3264 static boolean_t
3265 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3266     struct rwlock **lockp)
3267 {
3268         pd_entry_t newpde, oldpde;
3269         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3270         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3271         vm_paddr_t mptepa;
3272         vm_page_t mpte;
3273         struct spglist free;
3274         int PG_PTE_CACHE;
3275
3276         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3277         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3278         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3279         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3280         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3281         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3282
3283         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3284         oldpde = *pde;
3285         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3286             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3287         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
3288             NULL)
3289                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3290         else {
3291                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3292                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3293                     " is missing"));
3294
3295                 /*
3296                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3297                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3298                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3299                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3300                  * the page allocation request specifies the highest possible
3301                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3302                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3303                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3304                  * is the only part of the kernel address space that must be
3305                  * handled here.
3306                  */
3307                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3308                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3309                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3310                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3311                         SLIST_INIT(&free);
3312                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
3313                             lockp);
3314                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
3315                         pmap_free_zero_pages(&free);
3316                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3317                             " in pmap %p", va, pmap);
3318                         return (FALSE);
3319                 }
3320                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3321                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3322         }
3323         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3324         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3325         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3326         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3327             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3328         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3329             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3330         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3331         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3332
3333         /*
3334          * If the page table page is new, initialize it.
3335          */
3336         if (mpte->wire_count == 1) {
3337                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3338                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3339         }
3340         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3341             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3342             " addresses"));
3343
3344         /*
3345          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3346          * entries.
3347          */
3348         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3349                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3350
3351         /*
3352          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3353          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3354          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3355          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3356          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3357          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3358          */
3359         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3360                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3361
3362         /*
3363          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3364          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3365          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3366          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3367          * the read above and the store below. 
3368          */
3369         if (workaround_erratum383)
3370                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3371         else
3372                 pde_store(pde, newpde);
3373
3374         /*
3375          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3376          */
3377         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3378                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3379
3380         /*
3381          * Demote the PV entry.
3382          */
3383         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3384                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3385
3386         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3387         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3388             " in pmap %p", va, pmap);
3389         return (TRUE);
3390 }
3391
3392 /*
3393  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3394  */
3395 static void
3396 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3397 {
3398         pd_entry_t newpde;
3399         vm_paddr_t mptepa;
3400         vm_page_t mpte;
3401
3402         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3403         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3404         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3405         if (mpte == NULL)
3406                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3407
3408         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3409         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3410         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3411
3412         /*
3413          * Initialize the page table page.
3414          */
3415         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3416
3417         /*
3418          * Demote the mapping.
3419          */
3420         if (workaround_erratum383)
3421                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3422         else
3423                 pde_store(pde, newpde);
3424
3425         /*
3426          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3427          */
3428         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3429 }
3430
3431 /*
3432  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3433  */
3434 static int
3435 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3436     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3437 {
3438         struct md_page *pvh;
3439         pd_entry_t oldpde;
3440         vm_offset_t eva, va;
3441         vm_page_t m, mpte;
3442         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3443
3444         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3445         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3446         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3447         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3448
3449         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3450         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3451             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3452         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3453         if (oldpde & PG_W)
3454                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3455
3456         /*
3457          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3458          * PG_G.
3459          */
3460         if (oldpde & PG_G)
3461                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3462         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3463         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3464                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3465                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3466                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3467                 eva = sva + NBPDR;
3468                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3469                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3470                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3471                                 vm_page_dirty(m);
3472                         if (oldpde & PG_A)
3473                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3474                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3475                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3476                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3477                 }
3478         }
3479         if (pmap == kernel_pmap) {
3480                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3481         } else {
3482                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3483                 if (mpte != NULL) {
3484                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3485                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3486                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3487                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3488                         mpte->wire_count = 0;
3489                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3490                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
3491                 }
3492         }
3493         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3494 }
3495
3496 /*
3497  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3498  */
3499 static int
3500 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3501     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3502 {
3503         struct md_page *pvh;
3504         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3505         vm_page_t m;
3506
3507         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3508         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3509         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3510
3511         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3512         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3513         if (oldpte & PG_W)
3514                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3515         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3516         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3517                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3518                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3519                         vm_page_dirty(m);
3520                 if (oldpte & PG_A)
3521                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3522                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3523                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3524                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3525                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3526                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3527                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3528                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3529                 }
3530         }
3531         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3532 }
3533
3534 /*
3535  * Remove a single page from a process address space
3536  */
3537 static void
3538 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3539     struct spglist *free)
3540 {
3541         struct rwlock *lock;
3542         pt_entry_t *pte, PG_V;
3543
3544         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3545         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3546         if ((*pde & PG_V) == 0)
3547                 return;
3548         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3549         if ((*pte & PG_V) == 0)
3550                 return;
3551         lock = NULL;
3552         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3553         if (lock != NULL)
3554                 rw_wunlock(lock);
3555         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3556 }
3557
3558 /*
3559  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3560  *
3561  *      It is assumed that the start and end are properly
3562  *      rounded to the page size.
3563  */
3564 void
3565 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3566 {
3567         struct rwlock *lock;
3568         vm_offset_t va, va_next;
3569         pml4_entry_t *pml4e;
3570         pdp_entry_t *pdpe;
3571         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3572         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_V;
3573         struct spglist free;
3574         int anyvalid;
3575
3576         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3577         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3578
3579         /*
3580          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3581          */
3582         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3583                 return;
3584
3585         anyvalid = 0;
3586         SLIST_INIT(&free);
3587
3588         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3589         PMAP_LOCK(pmap);
3590
3591         /*
3592          * special handling of removing one page.  a very
3593          * common operation and easy to short circuit some
3594          * code.
3595          */
3596         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3597                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3598                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3599                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3600                         goto out;
3601                 }
3602         }
3603
3604         lock = NULL;
3605         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3606
3607                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3608                         break;
3609
3610                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3611                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3612                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3613                         if (va_next < sva)
3614                                 va_next = eva;
3615                         continue;
3616                 }
3617
3618                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3619                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3620                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3621                         if (va_next < sva)
3622                                 va_next = eva;
3623                         continue;
3624                 }
3625
3626                 /*
3627                  * Calculate index for next page table.
3628                  */
3629                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3630                 if (va_next < sva)
3631                         va_next = eva;
3632
3633                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3634                 ptpaddr = *pde;
3635
3636                 /*
3637                  * Weed out invalid mappings.
3638                  */
3639                 if (ptpaddr == 0)
3640                         continue;
3641
3642                 /*
3643                  * Check for large page.
3644                  */
3645                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3646                         /*
3647                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3648                          * demote the mapping and fall through.
3649                          */
3650                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3651                                 /*
3652                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3653                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3654                                  */
3655                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3656                                         anyvalid = 1;
3657                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3658                                 continue;
3659                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3660                             &lock)) {
3661                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3662                                 continue;
3663                         } else
3664                                 ptpaddr = *pde;
3665                 }
3666
3667                 /*
3668                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3669                  * by the current page table page, or to the end of the
3670                  * range being removed.
3671                  */
3672                 if (va_next > eva)
3673                         va_next = eva;
3674
3675                 va = va_next;
3676                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3677                     sva += PAGE_SIZE) {
3678                         if (*pte == 0) {
3679                                 if (va != va_next) {
3680                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3681                                         va = va_next;
3682                                 }
3683                                 continue;
3684                         }
3685                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3686                                 anyvalid = 1;
3687                         else if (va == va_next)
3688                                 va = sva;
3689                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3690                             &lock)) {
3691                                 sva += PAGE_SIZE;
3692                                 break;
3693                         }
3694                 }
3695                 if (va != va_next)
3696                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3697         }
3698         if (lock != NULL)
3699                 rw_wunlock(lock);
3700 out:
3701         if (anyvalid)
3702                 pmap_invalidate_all(pmap);
3703         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3704         PMAP_UNLOCK(pmap);
3705         pmap_free_zero_pages(&free);
3706 }
3707
3708 /*
3709  *      Routine:        pmap_remove_all
3710  *      Function:
3711  *              Removes this physical page from
3712  *              all physical maps in which it resides.
3713  *              Reflects back modify bits to the pager.
3714  *
3715  *      Notes:
3716  *              Original versions of this routine were very
3717  *              inefficient because they iteratively called
3718  *              pmap_remove (slow...)
3719  */
3720
3721 void
3722 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3723 {
3724         struct md_page *pvh;
3725         pv_entry_t pv;
3726         pmap_t pmap;
3727         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
3728         pd_entry_t *pde;
3729         vm_offset_t va;
3730         struct spglist free;
3731
3732         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3733             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3734         SLIST_INIT(&free);
3735         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3736         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3737                 goto small_mappings;
3738         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3739         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3740                 pmap = PV_PMAP(pv);
3741                 PMAP_LOCK(pmap);
3742                 va = pv->pv_va;
3743                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3744                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3745                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3746         }
3747 small_mappings:
3748         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3749                 pmap = PV_PMAP(pv);
3750                 PMAP_LOCK(pmap);
3751                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3752                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3753                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3754                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3755                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3756                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3757                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3758                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3759                 tpte = pte_load_clear(pte);
3760                 if (tpte & PG_W)
3761                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3762                 if (tpte & PG_A)
3763                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3764
3765                 /*
3766                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3767                  */
3768                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3769                         vm_page_dirty(m);
3770                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3771                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3772                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3773                 m->md.pv_gen++;
3774                 free_pv_entry(pmap, pv);
3775                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3776         }
3777         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3778         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3779         pmap_free_zero_pages(&free);
3780 }
3781
3782 /*
3783  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3784  */
3785 static boolean_t
3786 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3787 {
3788         pd_entry_t newpde, oldpde;
3789         vm_offset_t eva, va;
3790         vm_page_t m;
3791         boolean_t anychanged;
3792         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
3793
3794         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3795         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3796         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3797
3798         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3799         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3800             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3801         anychanged = FALSE;
3802 retry:
3803         oldpde = newpde = *pde;
3804         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3805                 eva = sva + NBPDR;
3806                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3807                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3808                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3809                                 vm_page_dirty(m);
3810         }
3811         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3812                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3813         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3814                 newpde |= pg_nx;
3815         if (newpde != oldpde) {
3816                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3817                         goto retry;
3818                 if (oldpde & PG_G)
3819                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3820                 else
3821                         anychanged = TRUE;
3822         }
3823         return (anychanged);
3824 }
3825
3826 /*
3827  *      Set the physical protection on the
3828  *      specified range of this map as requested.
3829  */
3830 void
3831 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3832 {
3833         vm_offset_t va_next;
3834         pml4_entry_t *pml4e;
3835         pdp_entry_t *pdpe;
3836         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3837         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3838         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3839
3840         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3841                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3842                 return;
3843         }
3844
3845         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3846             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3847                 return;
3848
3849         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3850         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3851         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3852         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3853         pv_lists_locked = FALSE;
3854 resume:
3855         anychanged = FALSE;
3856
3857         PMAP_LOCK(pmap);
3858         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3859
3860                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3861                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3862                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3863                         if (va_next < sva)
3864                                 va_next = eva;
3865                         continue;
3866                 }
3867
3868                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3869                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3870                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3871                         if (va_next < sva)
3872                                 va_next = eva;
3873                         continue;
3874                 }
3875
3876                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3877                 if (va_next < sva)
3878                         va_next = eva;
3879
3880                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3881                 ptpaddr = *pde;
3882
3883                 /*
3884                  * Weed out invalid mappings.
3885                  */
3886                 if (ptpaddr == 0)
3887                         continue;
3888
3889                 /*
3890                  * Check for large page.
3891                  */
3892                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3893                         /*
3894                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3895                          * demote the mapping and fall through.
3896                          */
3897                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3898                                 /*
3899                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3900                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3901                                  */
3902                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3903                                         anychanged = TRUE;
3904                                 continue;
3905                         } else {
3906                                 if (!pv_lists_locked) {
3907                                         pv_lists_locked = TRUE;
3908                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3909                                                 if (anychanged)
3910                                                         pmap_invalidate_all(
3911                                                             pmap);
3912                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3913                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3914                                                 goto resume;
3915                                         }
3916                                 }
3917                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3918                                         /*
3919                                          * The large page mapping was
3920                                          * destroyed.
3921                                          */
3922                                         continue;
3923                                 }
3924                         }
3925                 }
3926
3927                 if (va_next > eva)
3928                         va_next = eva;
3929
3930                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3931                     sva += PAGE_SIZE) {
3932                         pt_entry_t obits, pbits;
3933                         vm_page_t m;
3934
3935 retry:
3936                         obits = pbits = *pte;
3937                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3938                                 continue;
3939
3940                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3941                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3942                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3943                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3944                                         vm_page_dirty(m);
3945                                 }
3946                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3947                         }
3948                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3949                                 pbits |= pg_nx;
3950
3951                         if (pbits != obits) {
3952                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3953                                         goto retry;
3954                                 if (obits & PG_G)
3955                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3956                                 else
3957                                         anychanged = TRUE;
3958                         }
3959                 }
3960         }
3961         if (anychanged)
3962                 pmap_invalidate_all(pmap);
3963         if (pv_lists_locked)
3964                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3965         PMAP_UNLOCK(pmap);
3966 }
3967
3968 /*
3969  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3970  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3971  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3972  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3973  * identical characteristics. 
3974  */
3975 static void
3976 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3977     struct rwlock **lockp)
3978 {
3979         pd_entry_t newpde;
3980         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3981         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3982         vm_offset_t oldpteva;
3983         vm_page_t mpte;
3984         int PG_PTE_CACHE;
3985
3986         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3987         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3988         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3989         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3990         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3991         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3992
3993         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3994
3995         /*
3996          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3997          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3998          * within a 2MB page. 
3999          */
4000         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4001 setpde:
4002         newpde = *firstpte;
4003         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4004                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4005                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4006                     " in pmap %p", va, pmap);
4007                 return;
4008         }
4009         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4010                 /*
4011                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4012                  * a TLB invalidation.
4013                  */
4014                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4015                         goto setpde;
4016                 newpde &= ~PG_RW;
4017         }
4018
4019         /*
4020          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4021          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4022          * characteristics to the first PTE.
4023          */
4024         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4025         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4026 setpte:
4027                 oldpte = *pte;
4028                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4029                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4030                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4031                             " in pmap %p", va, pmap);
4032                         return;
4033                 }
4034                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4035                         /*
4036                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4037                          * without a TLB invalidation.
4038                          */
4039                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4040                                 goto setpte;
4041                         oldpte &= ~PG_RW;
4042                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4043                             (va & ~PDRMASK);
4044                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4045                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
4046                 }
4047                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4048                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4049                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4050                             " in pmap %p", va, pmap);
4051                         return;
4052                 }
4053                 pa -= PAGE_SIZE;
4054         }
4055
4056         /*
4057          * Save the page table page in its current state until the PDE
4058          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4059          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4060          */
4061         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4062         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4063             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4064             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4065         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4066             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4067         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4068                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4069                 CTR2(KTR_PMAP,
4070                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4071                     pmap);
4072                 return;
4073         }
4074
4075         /*
4076          * Promote the pv entries.
4077          */
4078         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4079                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4080
4081         /*
4082          * Propagate the PAT index to its proper position.
4083          */
4084         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4085
4086         /*
4087          * Map the superpage.
4088          */
4089         if (workaround_erratum383)
4090                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4091         else
4092                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
4093
4094         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4095         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4096             " in pmap %p", va, pmap);
4097 }
4098
4099 /*
4100  *      Insert the given physical page (p) at
4101  *      the specified virtual address (v) in the
4102  *      target physical map with the protection requested.
4103  *
4104  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4105  *      that the related pte can not be reclaimed.
4106  *
4107  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4108  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4109  *      insert this page into the given map NOW.
4110  */
4111 void
4112 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
4113     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
4114 {
4115         struct rwlock *lock;
4116         pd_entry_t *pde;
4117         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4118         pt_entry_t newpte, origpte;
4119         pv_entry_t pv;
4120         vm_paddr_t opa, pa;
4121         vm_page_t mpte, om;
4122
4123         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4124         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4125         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4126         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4127         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4128
4129         va = trunc_page(va);
4130         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4131         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4132             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4133             va));
4134         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4135             va >= kmi.clean_eva,
4136             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4137         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4138                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4139         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4140         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4141         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
4142                 newpte |= PG_M;
4143         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4144                 newpte |= PG_RW;
4145         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4146             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4147         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4148                 newpte |= pg_nx;
4149         if (wired)
4150                 newpte |= PG_W;
4151         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4152                 newpte |= PG_U;
4153         if (pmap == kernel_pmap)
4154                 newpte |= PG_G;
4155         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4156
4157         /*
4158          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4159          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4160          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4161          */
4162         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4163                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4164                         newpte |= PG_M;
4165         }
4166
4167         mpte = NULL;
4168
4169         lock = NULL;
4170         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4171         PMAP_LOCK(pmap);
4172
4173         /*
4174          * In the case that a page table page is not
4175          * resident, we are creating it here.
4176          */
4177 retry:
4178         pde = pmap_pde(pmap, va);
4179         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4180             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4181                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4182                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4183                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4184                         mpte->wire_count++;
4185                 }
4186         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4187                 /*
4188                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4189                  * deallocated.
4190                  */
4191                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
4192                 goto retry;
4193         } else
4194                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4195
4196         origpte = *pte;
4197
4198         /*
4199          * Is the specified virtual address already mapped?
4200          */
4201         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4202                 /*
4203                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4204                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4205                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4206                  * the PT page will be also.
4207                  */
4208                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4209                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4210                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4211                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4212
4213                 /*
4214                  * Remove the extra PT page reference.
4215                  */
4216                 if (mpte != NULL) {
4217                         mpte->wire_count--;
4218                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4219                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4220                              " va: 0x%lx", va));
4221                 }
4222
4223                 /*
4224                  * Has the physical page changed?
4225                  */
4226                 opa = origpte & PG_FRAME;
4227                 if (opa == pa) {
4228                         /*
4229                          * No, might be a protection or wiring change.
4230                          */
4231                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4232                                 newpte |= PG_MANAGED;
4233                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4234                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4235                         }
4236                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4237                                 goto unchanged;
4238                         goto validate;
4239                 }
4240         } else {
4241                 /*
4242                  * Increment the counters.
4243                  */
4244                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4245                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4246                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4247         }
4248
4249         /*
4250          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4251          */
4252         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4253                 newpte |= PG_MANAGED;
4254                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4255                 pv->pv_va = va;
4256                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4257                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4258                 m->md.pv_gen++;
4259                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4260                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4261         }
4262
4263         /*
4264          * Update the PTE.
4265          */
4266         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4267 validate:
4268                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4269                 opa = origpte & PG_FRAME;
4270                 if (opa != pa) {
4271                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4272                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4273                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4274                                     PG_RW))
4275                                         vm_page_dirty(om);
4276                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4277                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4278                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4279                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4280                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4281                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4282                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4283                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4284                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4285                         }
4286                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4287                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4288                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4289                                 vm_page_dirty(m);
4290
4291                         /*
4292                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4293                          * invalidation may nonetheless be required because
4294                          * the PTE no longer has PG_M set.
4295                          */
4296                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4297                         /*
4298                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4299                          */
4300                         goto unchanged;
4301                 }
4302                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4303                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4304         } else
4305                 pte_store(pte, newpte);
4306
4307 unchanged:
4308
4309         /*
4310          * If both the page table page and the reservation are fully
4311          * populated, then attempt promotion.
4312          */
4313         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4314             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4315             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4316             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4317                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4318
4319         if (lock != NULL)
4320                 rw_wunlock(lock);
4321         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4322         PMAP_UNLOCK(pmap);
4323 }
4324
4325 /*
4326  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
4327  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
4328  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
4329  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
4330  */
4331 static boolean_t
4332 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4333     struct rwlock **lockp)
4334 {
4335         pd_entry_t *pde, newpde;
4336         pt_entry_t PG_V;
4337         vm_page_t mpde;
4338         struct spglist free;
4339
4340         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4341         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4342         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4343
4344         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
4345                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4346                     " in pmap %p", va, pmap);
4347                 return (FALSE);
4348         }
4349         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
4350         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4351         if ((*pde & PG_V) != 0) {
4352                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
4353                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
4354                 mpde->wire_count--;
4355                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4356                     " in pmap %p", va, pmap);
4357                 return (FALSE);
4358         }
4359         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4360             PG_PS | PG_V;
4361         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4362                 newpde |= PG_MANAGED;
4363
4364                 /*
4365                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4366                  */
4367                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
4368                     lockp)) {
4369                         SLIST_INIT(&free);
4370                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
4371                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4372                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4373                         }
4374                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4375                             " in pmap %p", va, pmap);
4376                         return (FALSE);
4377                 }
4378         }
4379         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4380                 newpde |= pg_nx;
4381         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4382                 newpde |= PG_U;
4383
4384         /*
4385          * Increment counters.
4386          */
4387         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4388
4389         /*
4390          * Map the superpage.
4391          */
4392         pde_store(pde, newpde);
4393
4394         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4395         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
4396             " in pmap %p", va, pmap);
4397         return (TRUE);
4398 }
4399
4400 /*
4401  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4402  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4403  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4404  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4405  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4406  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4407  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4408  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4409  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4410  * corresponding offset from m_start are mapped.
4411  */
4412 void
4413 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4414     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4415 {
4416         struct rwlock *lock;
4417         vm_offset_t va;
4418         vm_page_t m, mpte;
4419         vm_pindex_t diff, psize;
4420
4421         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4422
4423         psize = atop(end - start);
4424         mpte = NULL;
4425         m = m_start;
4426         lock = NULL;
4427         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4428         PMAP_LOCK(pmap);
4429         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4430                 va = start + ptoa(diff);
4431                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4432                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
4433                     pmap_ps_enabled(pmap) &&
4434                     vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
4435                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
4436                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4437                 else
4438                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4439                             mpte, &lock);
4440                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4441         }
4442         if (lock != NULL)
4443                 rw_wunlock(lock);
4444         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4445         PMAP_UNLOCK(pmap);
4446 }
4447
4448 /*
4449  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4450  * 1. Current pmap & pmap exists.
4451  * 2. Not wired.
4452  * 3. Read access.
4453  * 4. No page table pages.
4454  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4455  */
4456
4457 void
4458 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4459 {
4460         struct rwlock *lock;
4461
4462         lock = NULL;
4463         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4464         PMAP_LOCK(pmap);
4465         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4466         if (lock != NULL)
4467                 rw_wunlock(lock);
4468         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4469         PMAP_UNLOCK(pmap);
4470 }
4471
4472 static vm_page_t
4473 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4474     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4475 {
4476         struct spglist free;
4477         pt_entry_t *pte, PG_V;
4478         vm_paddr_t pa;
4479
4480         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4481             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4482             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4483         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4484         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4485         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4486
4487         /*
4488          * In the case that a page table page is not
4489          * resident, we are creating it here.
4490          */
4491         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4492                 vm_pindex_t ptepindex;
4493                 pd_entry_t *ptepa;
4494
4495                 /*
4496                  * Calculate pagetable page index
4497                  */
4498                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4499                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4500                         mpte->wire_count++;
4501                 } else {
4502                         /*
4503                          * Get the page directory entry
4504                          */
4505                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4506
4507                         /*
4508                          * If the page table page is mapped, we just increment
4509                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4510                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4511                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4512                          */
4513                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4514                                 if (*ptepa & PG_PS)
4515                                         return (NULL);
4516                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4517                                 mpte->wire_count++;
4518                         } else {
4519                                 /*
4520                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4521                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4522                                  */
4523                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4524                                 if (mpte == NULL)
4525                                         return (mpte);
4526                         }
4527                 }
4528                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4529                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4530         } else {
4531                 mpte = NULL;
4532                 pte = vtopte(va);
4533         }
4534         if (*pte) {
4535                 if (mpte != NULL) {
4536                         mpte->wire_count--;
4537                         mpte = NULL;
4538                 }
4539                 return (mpte);
4540         }
4541
4542         /*
4543          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4544          */
4545         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4546             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4547                 if (mpte != NULL) {
4548                         SLIST_INIT(&free);
4549                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4550                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4551                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4552                         }
4553                         mpte = NULL;
4554                 }
4555                 return (mpte);
4556         }
4557
4558         /*
4559          * Increment counters
4560          */
4561         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4562
4563         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4564         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4565                 pa |= pg_nx;
4566
4567         /*
4568          * Now validate mapping with RO protection
4569          */
4570         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4571                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4572         else
4573                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4574         return (mpte);
4575 }
4576
4577 /*
4578  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4579  * to be used for panic dumps.
4580  */
4581 void *
4582 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4583 {
4584         vm_offset_t va;
4585
4586         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4587         pmap_kenter(va, pa);
4588         invlpg(va);
4589         return ((void *)crashdumpmap);
4590 }
4591
4592 /*
4593  * This code maps large physical mmap regions into the
4594  * processor address space.  Note that some shortcuts
4595  * are taken, but the code works.
4596  */
4597 void
4598 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4599     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4600 {
4601         pd_entry_t *pde;
4602         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4603         vm_paddr_t pa, ptepa;
4604         vm_page_t p, pdpg;
4605         int pat_mode;
4606
4607         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4608         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4609         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4610         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4611
4612         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4613         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4614             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4615         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4616                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
4617                         return;
4618                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4619                         return;
4620                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4621                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4622                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4623                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4624
4625                 /*
4626                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4627                  * aligned to a 2MB page boundary.
4628                  */
4629                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4630                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4631                         return;
4632
4633                 /*
4634                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4635                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4636                  * memory attributes.
4637                  */
4638                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4639                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4640                     pa += PAGE_SIZE) {
4641                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4642                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4643                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4644                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4645                                 return;
4646                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4647                 }
4648
4649                 /*
4650                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4651                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4652                  * will not affect the termination of this loop.
4653                  */ 
4654                 PMAP_LOCK(pmap);
4655                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4656                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4657                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4658                         if (pdpg == NULL) {
4659                                 /*
4660                                  * The creation of mappings below is only an
4661                                  * optimization.  If a page directory page
4662                                  * cannot be allocated without blocking,
4663                                  * continue on to the next mapping rather than
4664                                  * blocking.
4665                                  */
4666                                 addr += NBPDR;
4667                                 continue;
4668                         }
4669                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4670                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4671                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4672                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4673                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4674                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4675                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4676                         } else {
4677                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4678                                 pdpg->wire_count--;
4679                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4680                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4681                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4682                         }
4683                         addr += NBPDR;
4684                 }
4685                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4686         }
4687 }
4688
4689 /*
4690  *      Routine:        pmap_change_wiring
4691  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
4692  *                      pair.
4693  *      In/out conditions:
4694  *                      The mapping must already exist in the pmap.
4695  */
4696 void
4697 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
4698 {
4699         pd_entry_t *pde;
4700         pt_entry_t *pte;
4701         boolean_t pv_lists_locked;
4702
4703         pv_lists_locked = FALSE;
4704
4705         /*
4706          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4707          * invalidate TLB.
4708          */
4709 retry:
4710         PMAP_LOCK(pmap);
4711         pde = pmap_pde(pmap, va);
4712         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4713                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4714                         if (!pv_lists_locked) {
4715                                 pv_lists_locked = TRUE;
4716                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4717                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4718                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4719                                         goto retry;
4720                                 }
4721                         }
4722                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4723                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4724                 } else
4725                         goto out;
4726         }
4727         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4728         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4729                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4730                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4731         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4732                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4733                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4734         }
4735 out:
4736         if (pv_lists_locked)
4737                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4738         PMAP_UNLOCK(pmap);
4739 }
4740
4741 /*
4742  *      Copy the range specified by src_addr/len
4743  *      from the source map to the range dst_addr/len
4744  *      in the destination map.
4745  *
4746  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4747  */
4748
4749 void
4750 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4751     vm_offset_t src_addr)
4752 {
4753         struct rwlock *lock;
4754         struct spglist free;
4755         vm_offset_t addr;
4756         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4757         vm_offset_t va_next;
4758         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
4759
4760         if (dst_addr != src_addr)
4761                 return;
4762
4763         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
4764                 return;
4765
4766         /*
4767          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
4768          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
4769          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
4770          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
4771          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
4772          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
4773          */
4774         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
4775                 return;
4776
4777         lock = NULL;
4778         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4779         if (dst_pmap < src_pmap) {
4780                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4781                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4782         } else {
4783                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4784                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4785         }
4786
4787         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
4788         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
4789         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
4790
4791         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4792                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4793                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4794                 pml4_entry_t *pml4e;
4795                 pdp_entry_t *pdpe;
4796                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4797
4798                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4799                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4800
4801                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4802                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4803                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4804                         if (va_next < addr)
4805                                 va_next = end_addr;
4806                         continue;
4807                 }
4808
4809                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4810                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4811                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4812                         if (va_next < addr)
4813                                 va_next = end_addr;
4814                         continue;
4815                 }
4816
4817                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4818                 if (va_next < addr)
4819                         va_next = end_addr;
4820
4821                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4822                 srcptepaddr = *pde;
4823                 if (srcptepaddr == 0)
4824                         continue;
4825                         
4826                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4827                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4828                                 continue;
4829                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4830                         if (dstmpde == NULL)
4831                                 break;
4832                         pde = (pd_entry_t *)
4833                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4834                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4835                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4836                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4837                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4838                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4839                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4840                         } else
4841                                 dstmpde->wire_count--;
4842                         continue;
4843                 }
4844
4845                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4846                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4847                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4848                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4849
4850                 if (va_next > end_addr)
4851                         va_next = end_addr;
4852
4853                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4854                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4855                 dstmpte = NULL;
4856                 while (addr < va_next) {
4857                         pt_entry_t ptetemp;
4858                         ptetemp = *src_pte;
4859                         /*
4860                          * we only virtual copy managed pages
4861                          */
4862                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4863                                 if (dstmpte != NULL &&
4864                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4865                                         dstmpte->wire_count++;
4866                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4867                                     addr, NULL)) == NULL)
4868                                         goto out;
4869                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4870                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4871                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4872                                 if (*dst_pte == 0 &&
4873                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4874                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4875                                     &lock)) {
4876                                         /*
4877                                          * Clear the wired, modified, and
4878                                          * accessed (referenced) bits
4879                                          * during the copy.
4880                                          */
4881                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4882                                             PG_A);
4883                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4884                                 } else {
4885                                         SLIST_INIT(&free);
4886                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4887                                             dstmpte, &free)) {
4888                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4889                                                     addr);
4890                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4891                                         }
4892                                         goto out;
4893                                 }
4894                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4895                                         break;
4896                         }
4897                         addr += PAGE_SIZE;
4898                         src_pte++;
4899                 }
4900         }
4901 out:
4902         if (lock != NULL)
4903                 rw_wunlock(lock);
4904         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4905         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4906         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4907 }
4908
4909 /*
4910  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4911  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4912  */
4913 void
4914 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4915 {
4916         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4917
4918         pagezero((void *)va);
4919 }
4920
4921 /*
4922  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4923  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4924  *
4925  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4926  */
4927 void
4928 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4929 {
4930         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4931
4932         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4933                 pagezero((void *)va);
4934         else
4935                 bzero((char *)va + off, size);
4936 }
4937
4938 /*
4939  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4940  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4941  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4942  *      outside of Giant.
4943  */
4944 void
4945 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4946 {
4947         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4948
4949         pagezero((void *)va);
4950 }
4951
4952 /*
4953  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4954  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4955  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4956  *      time.
4957  */
4958 void
4959 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4960 {
4961         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4962         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4963
4964         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4965 }
4966
4967 int unmapped_buf_allowed = 1;
4968
4969 void
4970 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4971     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4972 {
4973         void *a_cp, *b_cp;
4974         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4975         int cnt;
4976
4977         while (xfersize > 0) {
4978                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4979                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4980                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4981                     phys_addr) + a_pg_offset;
4982                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4983                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4984                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4985                     phys_addr) + b_pg_offset;
4986                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4987                 a_offset += cnt;
4988                 b_offset += cnt;
4989                 xfersize -= cnt;
4990         }
4991 }
4992
4993 /*
4994  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4995  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4996  * be changed upwards or downwards in the future; it
4997  * is only necessary that true be returned for a small
4998  * subset of pmaps for proper page aging.
4999  */
5000 boolean_t
5001 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5002 {
5003         struct md_page *pvh;
5004         struct rwlock *lock;
5005         pv_entry_t pv;
5006         int loops = 0;
5007         boolean_t rv;
5008
5009         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5010             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5011         rv = FALSE;
5012         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5013         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5014         rw_rlock(lock);
5015         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5016                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5017                         rv = TRUE;
5018                         break;
5019                 }
5020                 loops++;
5021                 if (loops >= 16)
5022                         break;
5023         }
5024         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5025                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5026                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5027                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5028                                 rv = TRUE;
5029                                 break;
5030                         }
5031                         loops++;
5032                         if (loops >= 16)
5033                                 break;
5034                 }
5035         }
5036         rw_runlock(lock);
5037         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5038         return (rv);
5039 }
5040
5041 /*
5042  *      pmap_page_wired_mappings:
5043  *
5044  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5045  *      that are wired.
5046  */
5047 int
5048 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5049 {
5050         struct rwlock *lock;
5051         struct md_page *pvh;
5052         pmap_t pmap;
5053         pt_entry_t *pte;
5054         pv_entry_t pv;
5055         int count, md_gen, pvh_gen;
5056
5057         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5058                 return (0);
5059         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5060         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5061         rw_rlock(lock);
5062 restart:
5063         count = 0;
5064         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5065                 pmap = PV_PMAP(pv);
5066                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5067                         md_gen = m->md.pv_gen;
5068                         rw_runlock(lock);
5069                         PMAP_LOCK(pmap);
5070                         rw_rlock(lock);
5071                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5072                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5073                                 goto restart;
5074                         }
5075                 }
5076                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5077                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5078                         count++;
5079                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5080         }
5081         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5082                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5083                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5084                         pmap = PV_PMAP(pv);
5085                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5086                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5087                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5088                                 rw_runlock(lock);
5089                                 PMAP_LOCK(pmap);
5090                                 rw_rlock(lock);
5091                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5092                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5093                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5094                                         goto restart;
5095                                 }
5096                         }
5097                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5098                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5099                                 count++;
5100                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5101                 }
5102         }
5103         rw_runlock(lock);
5104         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5105         return (count);
5106 }
5107
5108 /*
5109  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5110  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5111  */
5112 boolean_t
5113 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5114 {
5115         struct rwlock *lock;
5116         boolean_t rv;
5117
5118         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5119                 return (FALSE);
5120         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5121         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5122         rw_rlock(lock);
5123         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5124             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5125             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5126         rw_runlock(lock);
5127         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5128         return (rv);
5129 }
5130
5131 /*
5132  * Remove all pages from specified address space
5133  * this aids process exit speeds.  Also, this code
5134  * is special cased for current process only, but
5135  * can have the more generic (and slightly slower)
5136  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
5137  * in the case of running down an entire address space.
5138  */
5139 void
5140 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5141 {
5142         pd_entry_t ptepde;
5143         pt_entry_t *pte, tpte;
5144         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5145         struct spglist free;
5146         vm_page_t m, mpte, mt;
5147         pv_entry_t pv;
5148         struct md_page *pvh;
5149         struct pv_chunk *pc, *npc;
5150         struct rwlock *lock;
5151         int64_t bit;
5152         uint64_t inuse, bitmask;
5153         int allfree, field, freed, idx;
5154         boolean_t superpage;
5155         vm_paddr_t pa;
5156
5157         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
5158                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
5159                 return;
5160         }
5161
5162         lock = NULL;
5163         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5164         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5165         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5166
5167         SLIST_INIT(&free);
5168         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5169         PMAP_LOCK(pmap);
5170         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5171                 allfree = 1;
5172                 freed = 0;
5173                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5174                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5175                         while (inuse != 0) {
5176                                 bit = bsfq(inuse);
5177                                 bitmask = 1UL << bit;
5178                                 idx = field * 64 + bit;
5179                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5180                                 inuse &= ~bitmask;
5181
5182                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5183                                 ptepde = *pte;
5184                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5185                                 tpte = *pte;
5186                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5187                                         superpage = FALSE;
5188                                         ptepde = tpte;
5189                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5190                                             PG_FRAME);
5191                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5192                                         tpte = *pte;
5193                                 } else {
5194                                         /*
5195                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5196                                          * superpage explicitly instead of
5197                                          * relying on PG_PS being set.
5198                                          *
5199                                          * This is because PG_PS is numerically
5200                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5201                                          * regular page could be mistaken for
5202                                          * a superpage.
5203                                          */
5204                                         superpage = TRUE;
5205                                 }
5206
5207                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5208                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5209                                             pv->pv_va, tpte);
5210                                 }
5211
5212 /*
5213  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5214  */
5215                                 if (tpte & PG_W) {
5216                                         allfree = 0;
5217                                         continue;
5218                                 }
5219
5220                                 if (superpage)
5221                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5222                                 else
5223                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5224
5225                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5226                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5227                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5228                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5229                                     (uintmax_t)tpte));
5230
5231                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5232                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5233                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5234                                     (uintmax_t)tpte));
5235
5236                                 pte_clear(pte);
5237
5238                                 /*
5239                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5240                                  */
5241                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5242                                         if (superpage) {
5243                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5244                                                         vm_page_dirty(mt);
5245                                         } else
5246                                                 vm_page_dirty(m);
5247                                 }
5248
5249                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5250
5251                                 /* Mark free */
5252                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5253                                 if (superpage) {
5254                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5255                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5256                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5257                                         pvh->pv_gen++;
5258                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5259                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5260                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5261                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5262                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5263                                         }
5264                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5265                                         if (mpte != NULL) {
5266                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
5267                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5268                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5269                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5270                                                 mpte->wire_count = 0;
5271                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5272                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
5273                                         }
5274                                 } else {
5275                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5276                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5277                                         m->md.pv_gen++;
5278                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5279                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5280                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5281                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5282                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5283                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5284                                         }
5285                                 }
5286                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5287                                 freed++;
5288                         }
5289                 }
5290                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5291                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5292                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5293                 if (allfree) {
5294                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5295                         free_pv_chunk(pc);
5296                 }
5297         }
5298         if (lock != NULL)
5299                 rw_wunlock(lock);
5300         pmap_invalidate_all(pmap);
5301         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5302         PMAP_UNLOCK(pmap);
5303         pmap_free_zero_pages(&free);
5304 }
5305
5306 static boolean_t
5307 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5308 {
5309         struct rwlock *lock;
5310         pv_entry_t pv;
5311         struct md_page *pvh;
5312         pt_entry_t *pte, mask;
5313         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5314         pmap_t pmap;
5315         int md_gen, pvh_gen;
5316         boolean_t rv;
5317
5318         rv = FALSE;
5319         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5320         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5321         rw_rlock(lock);
5322 restart:
5323         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5324                 pmap = PV_PMAP(pv);
5325                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5326                         md_gen = m->md.pv_gen;
5327                         rw_runlock(lock);
5328                         PMAP_LOCK(pmap);
5329                         rw_rlock(lock);
5330                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5331                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5332                                 goto restart;
5333                         }
5334                 }
5335                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5336                 mask = 0;
5337                 if (modified) {
5338                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5339                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5340                         mask |= PG_RW | PG_M;
5341                 }
5342                 if (accessed) {
5343                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5344                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5345                         mask |= PG_V | PG_A;
5346                 }
5347                 rv = (*pte & mask) == mask;
5348                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5349                 if (rv)
5350                         goto out;
5351         }
5352         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5353                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5354                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5355                         pmap = PV_PMAP(pv);
5356                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5357                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5358                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5359                                 rw_runlock(lock);
5360                                 PMAP_LOCK(pmap);
5361                                 rw_rlock(lock);
5362                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5363                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5364                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5365                                         goto restart;
5366                                 }
5367                         }
5368                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5369                         mask = 0;
5370                         if (modified) {
5371                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5372                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5373                                 mask |= PG_RW | PG_M;
5374                         }
5375                         if (accessed) {
5376                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5377                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5378                                 mask |= PG_V | PG_A;
5379                         }
5380                         rv = (*pte & mask) == mask;
5381                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5382                         if (rv)
5383                                 goto out;
5384                 }
5385         }
5386 out:
5387         rw_runlock(lock);
5388         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5389         return (rv);
5390 }
5391
5392 /*
5393  *      pmap_is_modified:
5394  *
5395  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5396  *      in any physical maps.
5397  */
5398 boolean_t
5399 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5400 {
5401
5402         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5403             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5404
5405         /*
5406          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5407          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
5408          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
5409          */
5410         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5411         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5412                 return (FALSE);
5413         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5414 }
5415
5416 /*
5417  *      pmap_is_prefaultable:
5418  *
5419  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5420  *      for prefault.
5421  */
5422 boolean_t
5423 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5424 {
5425         pd_entry_t *pde;
5426         pt_entry_t *pte, PG_V;
5427         boolean_t rv;
5428
5429         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5430         rv = FALSE;
5431         PMAP_LOCK(pmap);
5432         pde = pmap_pde(pmap, addr);
5433         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5434                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
5435                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
5436         }
5437         PMAP_UNLOCK(pmap);
5438         return (rv);
5439 }
5440
5441 /*
5442  *      pmap_is_referenced:
5443  *
5444  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5445  *      in any physical maps.
5446  */
5447 boolean_t
5448 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5449 {
5450
5451         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5452             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5453         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5454 }
5455
5456 /*
5457  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5458  */
5459 void
5460 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5461 {
5462         struct md_page *pvh;
5463         pmap_t pmap;
5464         struct rwlock *lock;
5465         pv_entry_t next_pv, pv;
5466         pd_entry_t *pde;
5467         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
5468         vm_offset_t va;
5469         int pvh_gen, md_gen;
5470
5471         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5472             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5473
5474         /*
5475          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
5476          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
5477          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
5478          */
5479         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5480         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5481                 return;
5482         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5483         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5484         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5485 retry_pv_loop:
5486         rw_wlock(lock);
5487         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5488                 goto small_mappings;
5489         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5490                 pmap = PV_PMAP(pv);
5491                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5492                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5493                         rw_wunlock(lock);
5494                         PMAP_LOCK(pmap);
5495                         rw_wlock(lock);
5496                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5497                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5498                                 rw_wunlock(lock);
5499                                 goto retry_pv_loop;
5500                         }
5501                 }
5502                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5503                 va = pv->pv_va;
5504                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5505                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5506                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5507                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5508                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5509                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5510                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5511         }
5512 small_mappings:
5513         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5514                 pmap = PV_PMAP(pv);
5515                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5516                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5517                         md_gen = m->md.pv_gen;
5518                         rw_wunlock(lock);
5519                         PMAP_LOCK(pmap);
5520                         rw_wlock(lock);
5521                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5522                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5523                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5524                                 rw_wunlock(lock);
5525                                 goto retry_pv_loop;
5526                         }
5527                 }
5528                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5529                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5530                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5531                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5532                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5533                     m));
5534                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5535 retry:
5536                 oldpte = *pte;
5537                 if (oldpte & PG_RW) {
5538                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5539                             ~(PG_RW | PG_M)))
5540                                 goto retry;
5541                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5542                                 vm_page_dirty(m);
5543                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5544                 }
5545                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5546         }
5547         rw_wunlock(lock);
5548         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5549         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5550 }
5551
5552 static __inline boolean_t
5553 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
5554 {
5555
5556         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5557                 return (TRUE);
5558
5559         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
5560
5561         /*
5562          * RWX = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
5563          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
5564          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
5565          */
5566         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
5567                 return (FALSE);
5568
5569         /*
5570          * RWX = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
5571          */
5572         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
5573             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
5574                 return (TRUE);
5575         else
5576                 return (FALSE);
5577 }
5578
5579 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5580
5581 /*
5582  *      pmap_ts_referenced:
5583  *
5584  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5585  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5586  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5587  *      reference bits set.
5588  *
5589  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5590  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5591  *      optimal aging of shared pages.
5592  */
5593 int
5594 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5595 {
5596         struct md_page *pvh;
5597         pv_entry_t pv, pvf;
5598         pmap_t pmap;
5599         struct rwlock *lock;
5600         pd_entry_t oldpde, *pde;
5601         pt_entry_t *pte, PG_A;
5602         vm_offset_t va;
5603         vm_paddr_t pa;
5604         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5605         struct spglist free;
5606         boolean_t demoted;
5607
5608         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5609             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5610         SLIST_INIT(&free);
5611         cleared = 0;
5612         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5613         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5614         pvh = pa_to_pvh(pa);
5615         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5616         rw_wlock(lock);
5617 retry:
5618         not_cleared = 0;
5619         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5620             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5621                 goto small_mappings;
5622         pv = pvf;
5623         do {
5624                 if (pvf == NULL)
5625                         pvf = pv;
5626                 pmap = PV_PMAP(pv);
5627                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5628                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5629                         rw_wunlock(lock);
5630                         PMAP_LOCK(pmap);
5631                         rw_wlock(lock);
5632                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5633                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5634                                 goto retry;
5635                         }
5636                 }
5637                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5638                 va = pv->pv_va;
5639                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5640                 oldpde = *pde;
5641                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5642                         /*
5643                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5644                          * pages, it should not be cleared every time it is
5645                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5646                          * physical page number, the virtual superpage number,
5647                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5648                          * the 512 on which testing the reference bit will
5649                          * result in clearing that reference bit.  This
5650                          * function is designed to avoid the selection of the
5651                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5652                          *
5653                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5654                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5655                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5656                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5657                          * since the superpage is wired, the current state of
5658                          * its reference bit won't affect page replacement.
5659                          */
5660                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5661                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5662                             (*pde & PG_W) == 0) {
5663                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
5664                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
5665                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5666                                         demoted = FALSE;
5667                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
5668                                     pv->pv_va, &lock)) {
5669                                         /*
5670                                          * Remove the mapping to a single page
5671                                          * so that a subsequent access may
5672                                          * repromote.  Since the underlying
5673                                          * page table page is fully populated,
5674                                          * this removal never frees a page
5675                                          * table page.
5676                                          */
5677                                         demoted = TRUE;
5678                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5679                                             PG_PS_FRAME);
5680                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5681                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
5682                                             NULL, &lock);
5683                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5684                                 } else
5685                                         demoted = TRUE;
5686
5687                                 if (demoted) {
5688                                         /*
5689                                          * The superpage mapping was removed
5690                                          * entirely and therefore 'pv' is no
5691                                          * longer valid.
5692                                          */
5693                                         if (pvf == pv)
5694                                                 pvf = NULL;
5695                                         pv = NULL;
5696                                 }
5697                                 cleared++;
5698                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5699                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5700                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5701                         } else
5702                                 not_cleared++;
5703                 }
5704                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5705                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5706                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5707                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5708                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5709                         pvh->pv_gen++;
5710                 }
5711                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5712                         goto out;
5713         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5714 small_mappings:
5715         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5716                 goto out;
5717         pv = pvf;
5718         do {
5719                 if (pvf == NULL)
5720                         pvf = pv;
5721                 pmap = PV_PMAP(pv);
5722                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5723                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5724                         md_gen = m->md.pv_gen;
5725                         rw_wunlock(lock);
5726                         PMAP_LOCK(pmap);
5727                         rw_wlock(lock);
5728                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5729                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5730                                 goto retry;
5731                         }
5732                 }
5733                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5734                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5735                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5736                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5737                     m));
5738                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5739                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5740                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
5741                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5742                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5743                                 cleared++;
5744                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
5745                                 /*
5746                                  * Wired pages cannot be paged out so
5747                                  * doing accessed bit emulation for
5748                                  * them is wasted effort. We do the
5749                                  * hard work for unwired pages only.
5750                                  */
5751                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
5752                                     *pde, &free, &lock);
5753                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5754                                 cleared++;
5755                                 if (pvf == pv)
5756                                         pvf = NULL;
5757                                 pv = NULL;
5758                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5759                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5760                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5761                         } else
5762                                 not_cleared++;
5763                 }
5764                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5765                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5766                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5767                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5768                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5769                         m->md.pv_gen++;
5770                 }
5771         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5772             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5773 out:
5774         rw_wunlock(lock);
5775         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5776         pmap_free_zero_pages(&free);
5777         return (cleared + not_cleared);
5778 }
5779
5780 /*
5781  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5782  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5783  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5784  */
5785 void
5786 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5787 {
5788         struct rwlock *lock;
5789         pml4_entry_t *pml4e;
5790         pdp_entry_t *pdpe;
5791         pd_entry_t oldpde, *pde;
5792         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5793         vm_offset_t va_next;
5794         vm_page_t m;
5795         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5796
5797         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5798                 return;
5799
5800         /*
5801          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
5802          * the modified and accessed bits below. Since this function is
5803          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
5804          * A/D bit emulation.
5805          */
5806         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
5807                 return;
5808
5809         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5810         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5811         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5812         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5813         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5814
5815         pv_lists_locked = FALSE;
5816 resume:
5817         anychanged = FALSE;
5818         PMAP_LOCK(pmap);
5819         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5820                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5821                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5822                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5823                         if (va_next < sva)
5824                                 va_next = eva;
5825                         continue;
5826                 }
5827                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5828                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5829                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5830                         if (va_next < sva)
5831                                 va_next = eva;
5832                         continue;
5833                 }
5834                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5835                 if (va_next < sva)
5836                         va_next = eva;
5837                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5838                 oldpde = *pde;
5839                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5840                         continue;
5841                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5842                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5843                                 continue;
5844                         if (!pv_lists_locked) {
5845                                 pv_lists_locked = TRUE;
5846                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
5847                                         if (anychanged)
5848                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
5849                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5850                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5851                                         goto resume;
5852                                 }
5853                         }
5854                         lock = NULL;
5855                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
5856                                 if (lock != NULL)
5857                                         rw_wunlock(lock);
5858
5859                                 /*
5860                                  * The large page mapping was destroyed.
5861                                  */
5862                                 continue;
5863                         }
5864
5865                         /*
5866                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5867                          * mapping to a single page so that a subsequent
5868                          * access may repromote.  Since the underlying page
5869                          * table page is fully populated, this removal never
5870                          * frees a page table page.
5871                          */
5872                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5873                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
5874                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5875                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5876                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
5877                                     &lock);
5878                                 anychanged = TRUE;
5879                         }
5880                         if (lock != NULL)
5881                                 rw_wunlock(lock);
5882                 }
5883                 if (va_next > eva)
5884                         va_next = eva;
5885                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5886                     sva += PAGE_SIZE) {
5887                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
5888                             PG_V))
5889                                 continue;
5890                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5891                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5892                                         /*
5893                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5894                                          * can be avoided by making the page
5895                                          * dirty now.
5896                                          */
5897                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5898                                         vm_page_dirty(m);
5899                                 }
5900                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
5901                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5902                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5903                         else
5904                                 continue;
5905                         if ((*pte & PG_G) != 0)
5906                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5907                         else
5908                                 anychanged = TRUE;
5909                 }
5910         }
5911         if (anychanged)
5912                 pmap_invalidate_all(pmap);
5913         if (pv_lists_locked)
5914                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
5915         PMAP_UNLOCK(pmap);
5916 }
5917
5918 /*
5919  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5920  */
5921 void
5922 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5923 {
5924         struct md_page *pvh;
5925         pmap_t pmap;
5926         pv_entry_t next_pv, pv;
5927         pd_entry_t oldpde, *pde;
5928         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
5929         struct rwlock *lock;
5930         vm_offset_t va;
5931         int md_gen, pvh_gen;
5932
5933         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5934             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5935         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5936         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5937             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5938
5939         /*
5940          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5941          * If the object containing the page is locked and the page is not
5942          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5943          */
5944         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5945                 return;
5946         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5947         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5948         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5949         rw_wlock(lock);
5950 restart:
5951         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5952                 goto small_mappings;
5953         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5954                 pmap = PV_PMAP(pv);
5955                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5956                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5957                         rw_wunlock(lock);
5958                         PMAP_LOCK(pmap);
5959                         rw_wlock(lock);
5960                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5961                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5962                                 goto restart;
5963                         }
5964                 }
5965                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5966                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5967                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5968                 va = pv->pv_va;
5969                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5970                 oldpde = *pde;
5971                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5972                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
5973                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5974                                         /*
5975                                          * Write protect the mapping to a
5976                                          * single page so that a subsequent
5977                                          * write access may repromote.
5978                                          */
5979                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5980                                             PG_PS_FRAME);
5981                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5982                                         oldpte = *pte;
5983                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
5984                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
5985                                                     oldpte,
5986                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
5987                                                         oldpte = *pte;
5988                                                 vm_page_dirty(m);
5989                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5990                                         }
5991                                 }
5992                         }
5993                 }
5994                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5995         }
5996 small_mappings:
5997         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5998                 pmap = PV_PMAP(pv);
5999                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6000                         md_gen = m->md.pv_gen;
6001                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6002                         rw_wunlock(lock);
6003                         PMAP_LOCK(pmap);
6004                         rw_wlock(lock);
6005                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6006                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6007                                 goto restart;
6008                         }
6009                 }
6010                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6011                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6012                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6013                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6014                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6015                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6016                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6017                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6018                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6019                 }
6020                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6021         }
6022         rw_wunlock(lock);
6023         rw_runlock(&pvh_global_lock);
6024 }
6025
6026 /*
6027  * Miscellaneous support routines follow
6028  */
6029
6030 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6031 static __inline void
6032 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6033 {
6034         u_int opte, npte;
6035
6036         /*
6037          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6038          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6039          */
6040         do {
6041                 opte = *(u_int *)pte;
6042                 npte = opte & ~mask;
6043                 npte |= cache_bits;
6044         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6045 }
6046
6047 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6048 static __inline void
6049 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6050 {
6051         u_int opde, npde;
6052
6053         /*
6054          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6055          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6056          */
6057         do {
6058                 opde = *(u_int *)pde;
6059                 npde = opde & ~mask;
6060                 npde |= cache_bits;
6061         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6062 }
6063
6064 /*
6065  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6066  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6067  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6068  * NOT real memory.
6069  */
6070 void *
6071 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6072 {
6073         vm_offset_t va, offset;
6074         vm_size_t tmpsize;
6075
6076         /*
6077          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
6078          * map window, use the direct map. 
6079          */
6080         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6081                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6082                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6083                         return ((void *)va);
6084         }
6085         offset = pa & PAGE_MASK;
6086         size = round_page(offset + size);
6087         va = kva_alloc(size);
6088         if (!va)
6089                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
6090         pa = trunc_page(pa);
6091         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6092                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6093         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6094         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
6095         return ((void *)(va + offset));
6096 }
6097
6098 void *
6099 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6100 {
6101
6102         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6103 }
6104
6105 void *
6106 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6107 {
6108
6109         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6110 }
6111
6112 void
6113 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6114 {
6115         vm_offset_t base, offset;
6116
6117         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6118         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6119                 return;
6120         base = trunc_page(va);
6121         offset = va & PAGE_MASK;
6122         size = round_page(offset + size);
6123         kva_free(base, size);
6124 }
6125
6126 /*
6127  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6128  */
6129 static boolean_t
6130 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6131 {
6132         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6133         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6134         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6135         vm_paddr_t mpdepa;
6136         vm_page_t mpde;
6137
6138         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6139         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6140         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6141         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6142
6143         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6144         oldpdpe = *pdpe;
6145         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6146             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6147         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6148             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6149                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6150                     " in pmap %p", va, pmap);
6151                 return (FALSE);
6152         }
6153         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
6154         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
6155         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6156         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6157             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6158         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6159             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6160         newpde = oldpdpe;
6161
6162         /*
6163          * Initialize the page directory page.
6164          */
6165         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6166                 *pde = newpde;
6167                 newpde += NBPDR;
6168         }
6169
6170         /*
6171          * Demote the mapping.
6172          */
6173         *pdpe = newpdpe;
6174
6175         /*
6176          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6177          */
6178         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6179
6180         pmap_pdpe_demotions++;
6181         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6182             " in pmap %p", va, pmap);
6183         return (TRUE);
6184 }
6185
6186 /*
6187  * Sets the memory attribute for the specified page.
6188  */
6189 void
6190 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6191 {
6192
6193         m->md.pat_mode = ma;
6194
6195         /*
6196          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6197          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6198          * required for data coherence.
6199          */
6200         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6201             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6202             m->md.pat_mode))
6203                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6204 }
6205
6206 /*
6207  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6208  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6209  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6210  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6211  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6212  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6213  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6214  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6215  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6216  * same physical page have different memory types.
6217  *
6218  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6219  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6220  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6221  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6222  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6223  * virtual address range or the direct map.
6224  */
6225 int
6226 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6227 {
6228         int error;
6229
6230         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6231         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6232         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6233         return (error);
6234 }
6235
6236 static int
6237 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6238 {
6239         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6240         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
6241         pdp_entry_t *pdpe;
6242         pd_entry_t *pde;
6243         pt_entry_t *pte;
6244         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
6245         boolean_t changed;
6246
6247         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6248         base = trunc_page(va);
6249         offset = va & PAGE_MASK;
6250         size = round_page(offset + size);
6251
6252         /*
6253          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
6254          * map but excluding the recursive map.
6255          */
6256         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
6257                 return (EINVAL);
6258
6259         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
6260         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
6261         changed = FALSE;
6262
6263         /*
6264          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
6265          * into 4KB pages if required.
6266          */
6267         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6268                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6269                 if (*pdpe == 0)
6270                         return (EINVAL);
6271                 if (*pdpe & PG_PS) {
6272                         /*
6273                          * If the current 1GB page already has the required
6274                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6275                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
6276                          */
6277                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6278                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6279                                 continue;
6280                         }
6281
6282                         /*
6283                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
6284                          * and there is at least 1GB left within the range, then
6285                          * we need not break down this page into 2MB pages.
6286                          */
6287                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
6288                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
6289                                 tmpva += NBPDP;
6290                                 continue;
6291                         }
6292                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
6293                                 return (ENOMEM);
6294                 }
6295                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6296                 if (*pde == 0)
6297                         return (EINVAL);
6298                 if (*pde & PG_PS) {
6299                         /*
6300                          * If the current 2MB page already has the required
6301                          * memory type, then we need not demote this page. Just
6302                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
6303                          */
6304                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
6305                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6306                                 continue;
6307                         }
6308
6309                         /*
6310                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
6311                          * and there is at least 2MB left within the range, then
6312                          * we need not break down this page into 4KB pages.
6313                          */
6314                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
6315                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
6316                                 tmpva += NBPDR;
6317                                 continue;
6318                         }
6319                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
6320                                 return (ENOMEM);
6321                 }
6322                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6323                 if (*pte == 0)
6324                         return (EINVAL);
6325                 tmpva += PAGE_SIZE;
6326         }
6327         error = 0;
6328
6329         /*
6330          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
6331          * cache mode if required.
6332          */
6333         pa_start = pa_end = 0;
6334         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6335                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
6336                 if (*pdpe & PG_PS) {
6337                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6338                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
6339                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6340                                 changed = TRUE;
6341                         }
6342                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6343                                 if (pa_start == pa_end) {
6344                                         /* Start physical address run. */
6345                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6346                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6347                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
6348                                         pa_end += NBPDP;
6349                                 else {
6350                                         /* Run ended, update direct map. */
6351                                         error = pmap_change_attr_locked(
6352                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6353                                             pa_end - pa_start, mode);
6354                                         if (error != 0)
6355                                                 break;
6356                                         /* Start physical address run. */
6357                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
6358                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
6359                                 }
6360                         }
6361                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
6362                         continue;
6363                 }
6364                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
6365                 if (*pde & PG_PS) {
6366                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
6367                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
6368                                     X86_PG_PDE_CACHE);
6369                                 changed = TRUE;
6370                         }
6371                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6372                                 if (pa_start == pa_end) {
6373                                         /* Start physical address run. */
6374                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6375                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6376                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
6377                                         pa_end += NBPDR;
6378                                 else {
6379                                         /* Run ended, update direct map. */
6380                                         error = pmap_change_attr_locked(
6381                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6382                                             pa_end - pa_start, mode);
6383                                         if (error != 0)
6384                                                 break;
6385                                         /* Start physical address run. */
6386                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
6387                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
6388                                 }
6389                         }
6390                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
6391                 } else {
6392                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
6393                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
6394                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
6395                                     X86_PG_PTE_CACHE);
6396                                 changed = TRUE;
6397                         }
6398                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
6399                                 if (pa_start == pa_end) {
6400                                         /* Start physical address run. */
6401                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6402                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6403                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
6404                                         pa_end += PAGE_SIZE;
6405                                 else {
6406                                         /* Run ended, update direct map. */
6407                                         error = pmap_change_attr_locked(
6408                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6409                                             pa_end - pa_start, mode);
6410                                         if (error != 0)
6411                                                 break;
6412                                         /* Start physical address run. */
6413                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
6414                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
6415                                 }
6416                         }
6417                         tmpva += PAGE_SIZE;
6418                 }
6419         }
6420         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
6421                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
6422                     pa_end - pa_start, mode);
6423
6424         /*
6425          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6426          * shouldn't be, etc.
6427          */
6428         if (changed) {
6429                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
6430                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
6431         }
6432         return (error);
6433 }
6434
6435 /*
6436  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
6437  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
6438  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
6439  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
6440  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
6441  */
6442 void
6443 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
6444 {
6445         pdp_entry_t *pdpe;
6446         pd_entry_t *pde;
6447         vm_offset_t va;
6448         boolean_t changed;
6449
6450         if (len == 0)
6451                 return;
6452         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
6453         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
6454             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
6455         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
6456                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
6457                 changed = FALSE;
6458                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6459                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
6460                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
6461                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
6462                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6463                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
6464                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
6465                         changed = TRUE;
6466                 }
6467                 if (len < NBPDR) {
6468                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
6469                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
6470                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
6471                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6472                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
6473                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
6474                                 changed = TRUE;
6475                         }
6476                 }
6477                 if (changed && invalidate)
6478                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
6479                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6480         }
6481 }
6482
6483 /*
6484  * perform the pmap work for mincore
6485  */
6486 int
6487 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
6488 {
6489         pd_entry_t *pdep;
6490         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6491         vm_paddr_t pa;
6492         int val;
6493
6494         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6495         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6496         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6497         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6498
6499         PMAP_LOCK(pmap);
6500 retry:
6501         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
6502         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
6503                 if (*pdep & PG_PS) {
6504                         pte = *pdep;
6505                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
6506                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
6507                             PG_FRAME;
6508                         val = MINCORE_SUPER;
6509                 } else {
6510                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
6511                         pa = pte & PG_FRAME;
6512                         val = 0;
6513                 }
6514         } else {
6515                 pte = 0;
6516                 pa = 0;
6517                 val = 0;
6518         }
6519         if ((pte & PG_V) != 0) {
6520                 val |= MINCORE_INCORE;
6521                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6522                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6523                 if ((pte & PG_A) != 0)
6524                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6525         }
6526         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6527             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
6528             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
6529                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
6530                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
6531                         goto retry;
6532         } else
6533                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
6534         PMAP_UNLOCK(pmap);
6535         return (val);
6536 }
6537
6538 void
6539 pmap_activate(struct thread *td)
6540 {
6541         pmap_t  pmap, oldpmap;
6542         u_int   cpuid;
6543
6544         critical_enter();
6545         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
6546         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
6547         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
6548 #ifdef SMP
6549         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6550         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
6551         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
6552 #else
6553         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
6554         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
6555         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_save);
6556 #endif
6557         td->td_pcb->pcb_cr3 = pmap->pm_cr3;
6558         load_cr3(pmap->pm_cr3);
6559         PCPU_SET(curpmap, pmap);
6560         critical_exit();
6561 }
6562
6563 void
6564 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
6565 {
6566 }
6567
6568 /*
6569  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
6570  *      different alignment might result in more superpage mappings.
6571  */
6572 void
6573 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
6574     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
6575 {
6576         vm_offset_t superpage_offset;
6577
6578         if (size < NBPDR)
6579                 return;
6580         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
6581                 offset += ptoa(object->pg_color);
6582         superpage_offset = offset & PDRMASK;
6583         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
6584             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
6585                 return;
6586         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
6587                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6588         else
6589                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
6590 }
6591
6592 #ifdef INVARIANTS
6593 static unsigned long num_dirty_emulations;
6594 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
6595              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
6596
6597 static unsigned long num_accessed_emulations;
6598 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6599              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
6600
6601 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
6602 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
6603              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
6604
6605 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
6606 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
6607              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
6608 #endif  /* INVARIANTS */
6609
6610 int
6611 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
6612 {
6613         int rv;
6614         struct rwlock *lock;
6615         vm_page_t m, mpte;
6616         pd_entry_t *pde;
6617         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6618         boolean_t pv_lists_locked;
6619
6620         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
6621             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
6622
6623         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6624                 return (-1);
6625
6626         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6627         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6628         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6629         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6630
6631         rv = -1;
6632         lock = NULL;
6633         pv_lists_locked = FALSE;
6634 retry:
6635         PMAP_LOCK(pmap);
6636
6637         pde = pmap_pde(pmap, va);
6638         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
6639                 goto done;
6640
6641         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6642                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
6643 #ifdef INVARIANTS
6644                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
6645 #endif
6646                         *pde |= PG_A;
6647                         rv = 0;
6648                 }
6649                 goto done;
6650         }
6651
6652         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6653         if ((*pte & PG_V) == 0)
6654                 goto done;
6655
6656         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
6657                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
6658                         goto done;
6659                 *pte |= PG_M;
6660         }
6661         *pte |= PG_A;
6662
6663         /* try to promote the mapping */
6664         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6665                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6666         else
6667                 mpte = NULL;
6668
6669         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6670
6671         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
6672             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6673             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6674             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
6675                 if (!pv_lists_locked) {
6676                         pv_lists_locked = TRUE;
6677                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
6678                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6679                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
6680                                 goto retry;
6681                         }
6682                 }
6683                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6684 #ifdef INVARIANTS
6685                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
6686 #endif
6687         }
6688 #ifdef INVARIANTS
6689         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
6690                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
6691         else
6692                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
6693 #endif
6694         rv = 0;         /* success */
6695 done:
6696         if (lock != NULL)
6697                 rw_wunlock(lock);
6698         if (pv_lists_locked)
6699                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
6700         PMAP_UNLOCK(pmap);
6701         return (rv);
6702 }
6703
6704 void
6705 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
6706 {
6707         pml4_entry_t *pml4;
6708         pdp_entry_t *pdp;
6709         pd_entry_t *pde;
6710         pt_entry_t *pte, PG_V;
6711         int idx;
6712
6713         idx = 0;
6714         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6715         PMAP_LOCK(pmap);
6716
6717         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6718         ptr[idx++] = *pml4;
6719         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
6720                 goto done;
6721
6722         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6723         ptr[idx++] = *pdp;
6724         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
6725                 goto done;
6726
6727         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6728         ptr[idx++] = *pde;
6729         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
6730                 goto done;
6731
6732         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6733         ptr[idx++] = *pte;
6734
6735 done:
6736         PMAP_UNLOCK(pmap);
6737         *num = idx;
6738 }
6739
6740 #include "opt_ddb.h"
6741 #ifdef DDB
6742 #include <ddb/ddb.h>
6743
6744 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
6745 {
6746         pmap_t pmap;
6747         pml4_entry_t *pml4;
6748         pdp_entry_t *pdp;
6749         pd_entry_t *pde;
6750         pt_entry_t *pte, PG_V;
6751         vm_offset_t va;
6752
6753         if (have_addr) {
6754                 va = (vm_offset_t)addr;
6755                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
6756         } else {
6757                 db_printf("show pte addr\n");
6758                 return;
6759         }
6760         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6761         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
6762         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
6763         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
6764                 db_printf("\n");
6765                 return;
6766         }
6767         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
6768         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
6769         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
6770                 db_printf("\n");
6771                 return;
6772         }
6773         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
6774         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
6775         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
6776                 db_printf("\n");
6777                 return;
6778         }
6779         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6780         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
6781 }
6782
6783 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
6784 {
6785         vm_paddr_t a;
6786
6787         if (have_addr) {
6788                 a = (vm_paddr_t)addr;
6789                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
6790         } else {
6791                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
6792         }
6793 }
6794 #endif