]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
Copy head to stable/8 as part of 8.0 Release cycle.
[FreeBSD/stable/8.git] / sys / i386 / i386 / 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) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * All rights reserved.
10  *
11  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
12  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
13  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
14  *
15  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
16  * modification, are permitted provided that the following conditions
17  * are met:
18  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
20  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
22  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
23  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
24  *    must display the following acknowledgement:
25  *      This product includes software developed by the University of
26  *      California, Berkeley and its contributors.
27  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
28  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
29  *    without specific prior written permission.
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
32  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
33  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
34  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
35  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
36  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
37  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
38  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
39  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
40  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
41  * SUCH DAMAGE.
42  *
43  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
44  */
45 /*-
46  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
47  * All rights reserved.
48  *
49  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
50  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
51  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
52  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
53  * CHATS research program.
54  *
55  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
56  * modification, are permitted provided that the following conditions
57  * are met:
58  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
59  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
60  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
62  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
63  *
64  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
65  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
66  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
67  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
68  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
69  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
70  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
71  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
72  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
73  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
74  * SUCH DAMAGE.
75  */
76
77 #include <sys/cdefs.h>
78 __FBSDID("$FreeBSD$");
79
80 /*
81  *      Manages physical address maps.
82  *
83  *      In addition to hardware address maps, this
84  *      module is called upon to provide software-use-only
85  *      maps which may or may not be stored in the same
86  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
87  *      used to store intermediate results from copy
88  *      operations to and from address spaces.
89  *
90  *      Since the information managed by this module is
91  *      also stored by the logical address mapping module,
92  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
93  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
94  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
95  *      requested.
96  *
97  *      In order to cope with hardware architectures which
98  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
99  *      this module may delay invalidate or reduced protection
100  *      operations until such time as they are actually
101  *      necessary.  This module is given full information as
102  *      to which processors are currently using which maps,
103  *      and to when physical maps must be made correct.
104  */
105
106 #include "opt_cpu.h"
107 #include "opt_pmap.h"
108 #include "opt_msgbuf.h"
109 #include "opt_smp.h"
110 #include "opt_xbox.h"
111
112 #include <sys/param.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/msgbuf.h>
120 #include <sys/mutex.h>
121 #include <sys/proc.h>
122 #include <sys/sf_buf.h>
123 #include <sys/sx.h>
124 #include <sys/vmmeter.h>
125 #include <sys/sched.h>
126 #include <sys/sysctl.h>
127 #ifdef SMP
128 #include <sys/smp.h>
129 #endif
130
131 #include <vm/vm.h>
132 #include <vm/vm_param.h>
133 #include <vm/vm_kern.h>
134 #include <vm/vm_page.h>
135 #include <vm/vm_map.h>
136 #include <vm/vm_object.h>
137 #include <vm/vm_extern.h>
138 #include <vm/vm_pageout.h>
139 #include <vm/vm_pager.h>
140 #include <vm/vm_reserv.h>
141 #include <vm/uma.h>
142
143 #include <machine/cpu.h>
144 #include <machine/cputypes.h>
145 #include <machine/md_var.h>
146 #include <machine/pcb.h>
147 #include <machine/specialreg.h>
148 #ifdef SMP
149 #include <machine/smp.h>
150 #endif
151
152 #ifdef XBOX
153 #include <machine/xbox.h>
154 #endif
155
156 #if !defined(CPU_DISABLE_SSE) && defined(I686_CPU)
157 #define CPU_ENABLE_SSE
158 #endif
159
160 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
161 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
162 #endif
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #define PMAP_INLINE     __gnu89_inline
166 #else
167 #define PMAP_INLINE
168 #endif
169
170 #define PV_STATS
171 #ifdef PV_STATS
172 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
173 #else
174 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
175 #endif
176
177 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
178 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
179
180 /*
181  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
182  */
183 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
184 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
185
186 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
187 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
188 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
189 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
190 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
191
192 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
193     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
194 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
195
196 struct pmap kernel_pmap_store;
197 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
198 static struct pmaplist allpmaps;
199 static struct mtx allpmaps_lock;
200
201 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
202 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
203 int pgeflag = 0;                /* PG_G or-in */
204 int pseflag = 0;                /* PG_PS or-in */
205
206 static int nkpt;
207 vm_offset_t kernel_vm_end;
208 extern u_int32_t KERNend;
209
210 #ifdef PAE
211 pt_entry_t pg_nx;
212 static uma_zone_t pdptzone;
213 #endif
214
215 static int pat_works;                   /* Is page attribute table sane? */
216
217 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
218
219 static int pg_ps_enabled;
220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RD, &pg_ps_enabled, 0,
221     "Are large page mappings enabled?");
222
223 /*
224  * Data for the pv entry allocation mechanism
225  */
226 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
227 static struct md_page *pv_table;
228 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
229
230 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
231 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
232 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
233
234 /*
235  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
236  */
237 struct sysmaps {
238         struct  mtx lock;
239         pt_entry_t *CMAP1;
240         pt_entry_t *CMAP2;
241         caddr_t CADDR1;
242         caddr_t CADDR2;
243 };
244 static struct sysmaps sysmaps_pcpu[MAXCPU];
245 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
246 static pt_entry_t *CMAP3;
247 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
248 static caddr_t CADDR3;
249 struct msgbuf *msgbufp = 0;
250
251 /*
252  * Crashdump maps.
253  */
254 static caddr_t crashdumpmap;
255
256 static pt_entry_t *PMAP1 = 0, *PMAP2;
257 static pt_entry_t *PADDR1 = 0, *PADDR2;
258 #ifdef SMP
259 static int PMAP1cpu;
260 static int PMAP1changedcpu;
261 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD, 
262            &PMAP1changedcpu, 0,
263            "Number of times pmap_pte_quick changed CPU with same PMAP1");
264 #endif
265 static int PMAP1changed;
266 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD, 
267            &PMAP1changed, 0,
268            "Number of times pmap_pte_quick changed PMAP1");
269 static int PMAP1unchanged;
270 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD, 
271            &PMAP1unchanged, 0,
272            "Number of times pmap_pte_quick didn't change PMAP1");
273 static struct mtx PMAP2mutex;
274
275 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
276 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, int try);
277 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
278 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
279 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
280 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
281 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
282                     vm_offset_t va);
283 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
284
285 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
286 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
287     vm_prot_t prot);
288 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
289     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
290 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
291 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
292 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
293 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
294 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
295 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
296     vm_prot_t prot);
297 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
298     vm_page_t *free);
299 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
300     vm_page_t *free);
301 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
302 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
303     vm_page_t *free);
304 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
305                                         vm_offset_t va);
306 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
307 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
308     vm_page_t m);
309
310 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
311
312 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, unsigned ptepindex, int flags);
313 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_page_t *free);
314 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
315 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
316 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t *);
317 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
318 #ifdef PAE
319 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait);
320 #endif
321
322 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
323 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
324
325 /*
326  * If you get an error here, then you set KVA_PAGES wrong! See the
327  * description of KVA_PAGES in sys/i386/include/pmap.h. It must be
328  * multiple of 4 for a normal kernel, or a multiple of 8 for a PAE.
329  */
330 CTASSERT(KERNBASE % (1 << 24) == 0);
331
332 /*
333  * Move the kernel virtual free pointer to the next
334  * 4MB.  This is used to help improve performance
335  * by using a large (4MB) page for much of the kernel
336  * (.text, .data, .bss)
337  */
338 static vm_offset_t
339 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
340 {
341         vm_offset_t newaddr = addr;
342
343 #ifndef DISABLE_PSE
344         if (cpu_feature & CPUID_PSE)
345                 newaddr = (addr + PDRMASK) & ~PDRMASK;
346 #endif
347         return newaddr;
348 }
349
350 /*
351  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
352  *
353  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
354  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
355  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
356  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
357  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
358  *      (physical) address starting relative to 0]
359  */
360 void
361 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr)
362 {
363         vm_offset_t va;
364         pt_entry_t *pte, *unused;
365         struct sysmaps *sysmaps;
366         int i;
367
368         /*
369          * XXX The calculation of virtual_avail is wrong. It's NKPT*PAGE_SIZE too
370          * large. It should instead be correctly calculated in locore.s and
371          * not based on 'first' (which is a physical address, not a virtual
372          * address, for the start of unused physical memory). The kernel
373          * page tables are NOT double mapped and thus should not be included
374          * in this calculation.
375          */
376         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + firstaddr;
377         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
378
379         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
380
381         /*
382          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
383          */
384         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
385         kernel_pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *) (KERNBASE + (u_int)IdlePTD);
386 #ifdef PAE
387         kernel_pmap->pm_pdpt = (pdpt_entry_t *) (KERNBASE + (u_int)IdlePDPT);
388 #endif
389         kernel_pmap->pm_root = NULL;
390         kernel_pmap->pm_active = -1;    /* don't allow deactivation */
391         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
392         LIST_INIT(&allpmaps);
393         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_SPIN);
394         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
395         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, kernel_pmap, pm_list);
396         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
397         nkpt = NKPT;
398
399         /*
400          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
401          * mapping of pages.
402          */
403 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
404         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
405
406         va = virtual_avail;
407         pte = vtopte(va);
408
409         /*
410          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
411          * CMAP3 is used for the idle process page zeroing.
412          */
413         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
414                 sysmaps = &sysmaps_pcpu[i];
415                 mtx_init(&sysmaps->lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
416                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP1, sysmaps->CADDR1, 1)
417                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP2, sysmaps->CADDR2, 1)
418         }
419         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
420         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1)
421         *CMAP3 = 0;
422
423         /*
424          * Crashdump maps.
425          */
426         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
427
428         /*
429          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
430          */
431         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
432
433         /*
434          * msgbufp is used to map the system message buffer.
435          */
436         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
437
438         /*
439          * ptemap is used for pmap_pte_quick
440          */
441         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1);
442         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1);
443
444         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
445
446         virtual_avail = va;
447
448         *CMAP1 = 0;
449
450         /*
451          * Leave in place an identity mapping (virt == phys) for the low 1 MB
452          * physical memory region that is used by the ACPI wakeup code.  This
453          * mapping must not have PG_G set. 
454          */
455 #ifdef XBOX
456         /* FIXME: This is gross, but needed for the XBOX. Since we are in such
457          * an early stadium, we cannot yet neatly map video memory ... :-(
458          * Better fixes are very welcome! */
459         if (!arch_i386_is_xbox)
460 #endif
461         for (i = 1; i < NKPT; i++)
462                 PTD[i] = 0;
463
464         /* Initialize the PAT MSR if present. */
465         pmap_init_pat();
466
467         /* Turn on PG_G on kernel page(s) */
468         pmap_set_pg();
469 }
470
471 /*
472  * Setup the PAT MSR.
473  */
474 void
475 pmap_init_pat(void)
476 {
477         uint64_t pat_msr;
478
479         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
480         if (!(cpu_feature & CPUID_PAT))
481                 return;
482
483         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
484             (I386_CPU_FAMILY(cpu_id) == 6 && I386_CPU_MODEL(cpu_id) >= 0xe)) {
485                 /*
486                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC, and UC-.
487                  * Program 4 and 5 as WP and WC.
488                  * Leave 6 and 7 as UC and UC-.
489                  */
490                 pat_msr = rdmsr(MSR_PAT);
491                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(4) | PAT_MASK(5));
492                 pat_msr |= PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_PROTECTED) |
493                     PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_COMBINING);
494                 pat_works = 1;
495         } else {
496                 /*
497                  * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
498                  * PAT entries.  Thus, just replace PAT Index 2 with WC instead
499                  * of UC-.
500                  *
501                  *   Intel Pentium III Processor Specification Update
502                  * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
503                  * or Mode C Paging)
504                  *
505                  *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
506                  * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
507                  */
508                 pat_msr = rdmsr(MSR_PAT);
509                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
510                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
511                 pat_works = 0;
512         }
513         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
514 }
515
516 /*
517  * Set PG_G on kernel pages.  Only the BSP calls this when SMP is turned on.
518  */
519 void
520 pmap_set_pg(void)
521 {
522         pd_entry_t pdir;
523         pt_entry_t *pte;
524         vm_offset_t va, endva;
525         int i; 
526
527         if (pgeflag == 0)
528                 return;
529
530         i = KERNLOAD/NBPDR;
531         endva = KERNBASE + KERNend;
532
533         if (pseflag) {
534                 va = KERNBASE + KERNLOAD;
535                 while (va  < endva) {
536                         pdir = kernel_pmap->pm_pdir[KPTDI+i];
537                         pdir |= pgeflag;
538                         kernel_pmap->pm_pdir[KPTDI+i] = PTD[KPTDI+i] = pdir;
539                         invltlb();      /* Play it safe, invltlb() every time */
540                         i++;
541                         va += NBPDR;
542                 }
543         } else {
544                 va = (vm_offset_t)btext;
545                 while (va < endva) {
546                         pte = vtopte(va);
547                         if (*pte)
548                                 *pte |= pgeflag;
549                         invltlb();      /* Play it safe, invltlb() every time */
550                         va += PAGE_SIZE;
551                 }
552         }
553 }
554
555 /*
556  * Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
557  */
558 void
559 pmap_page_init(vm_page_t m)
560 {
561
562         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
563         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
564 }
565
566 #ifdef PAE
567 static void *
568 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait)
569 {
570
571         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
572         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
573         return ((void *)kmem_alloc_contig(kernel_map, bytes, wait, 0x0ULL,
574             0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
575 }
576 #endif
577
578 /*
579  * ABuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
580  * Requirements:
581  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
582  *    are ever set, PG_V in particular.
583  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
584  *    on PAE systems.  This should be ok.
585  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
586  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
587  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
588  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
589  */
590 static vm_offset_t
591 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
592 {
593         pt_entry_t *pte;
594         vm_offset_t va;
595
596         va = *head;
597         if (va == 0)
598                 return (va);    /* Out of memory */
599         pte = vtopte(va);
600         *head = *pte;
601         if (*head & PG_V)
602                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
603         *pte = 0;
604         return (va);
605 }
606
607 static void
608 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
609 {
610         pt_entry_t *pte;
611
612         if (va & PG_V)
613                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
614         pte = vtopte(va);
615         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
616         *head = va;
617 }
618
619 static void
620 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
621 {
622         int i;
623         vm_offset_t va;
624
625         *head = 0;
626         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
627                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
628                 pmap_ptelist_free(head, va);
629         }
630 }
631
632
633 /*
634  *      Initialize the pmap module.
635  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
636  *      system needs to map virtual memory.
637  */
638 void
639 pmap_init(void)
640 {
641         vm_page_t mpte;
642         vm_size_t s;
643         int i, pv_npg;
644
645         /*
646          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
647          * page table pages.
648          */ 
649         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
650                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTD[i + KPTDI] & PG_FRAME);
651                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
652                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
653                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
654                 mpte->pindex = i + KPTDI;
655                 mpte->phys_addr = PTD[i + KPTDI] & PG_FRAME;
656         }
657
658         /*
659          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
660          * high water mark so that the system can recover from excessive
661          * numbers of pv entries.
662          */
663         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
664         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
665         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
666         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
667         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
668
669         /*
670          * Are large page mappings enabled?
671          */
672         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
673
674         /*
675          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
676          */
677         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
678         pv_npg = round_4mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
679
680         /*
681          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
682          */
683         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
684         s = round_page(s);
685         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
686         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
687                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
688
689         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
690         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kmem_alloc_nofault(kernel_map,
691             PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
692         if (pv_chunkbase == NULL)
693                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
694         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
695 #ifdef PAE
696         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
697             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
698             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
699         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
700 #endif
701 }
702
703
704 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
705         "Max number of PV entries");
706 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
707         "Page share factor per proc");
708
709 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
710     "2/4MB page mapping counters");
711
712 static u_long pmap_pde_demotions;
713 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
714     &pmap_pde_demotions, 0, "2/4MB page demotions");
715
716 static u_long pmap_pde_mappings;
717 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
718     &pmap_pde_mappings, 0, "2/4MB page mappings");
719
720 static u_long pmap_pde_p_failures;
721 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
722     &pmap_pde_p_failures, 0, "2/4MB page promotion failures");
723
724 static u_long pmap_pde_promotions;
725 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
726     &pmap_pde_promotions, 0, "2/4MB page promotions");
727
728 /***************************************************
729  * Low level helper routines.....
730  ***************************************************/
731
732 /*
733  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
734  * caching mode.
735  */
736 int
737 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
738 {
739         int pat_flag, pat_index, cache_bits;
740
741         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
742         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
743
744         /* If we don't support PAT, map extended modes to older ones. */
745         if (!(cpu_feature & CPUID_PAT)) {
746                 switch (mode) {
747                 case PAT_UNCACHEABLE:
748                 case PAT_WRITE_THROUGH:
749                 case PAT_WRITE_BACK:
750                         break;
751                 case PAT_UNCACHED:
752                 case PAT_WRITE_COMBINING:
753                 case PAT_WRITE_PROTECTED:
754                         mode = PAT_UNCACHEABLE;
755                         break;
756                 }
757         }
758         
759         /* Map the caching mode to a PAT index. */
760         if (pat_works) {
761                 switch (mode) {
762                 case PAT_UNCACHEABLE:
763                         pat_index = 3;
764                         break;
765                 case PAT_WRITE_THROUGH:
766                         pat_index = 1;
767                         break;
768                 case PAT_WRITE_BACK:
769                         pat_index = 0;
770                         break;
771                 case PAT_UNCACHED:
772                         pat_index = 2;
773                         break;
774                 case PAT_WRITE_COMBINING:
775                         pat_index = 5;
776                         break;
777                 case PAT_WRITE_PROTECTED:
778                         pat_index = 4;
779                         break;
780                 default:
781                         panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
782                 }
783         } else {
784                 switch (mode) {
785                 case PAT_UNCACHED:
786                 case PAT_UNCACHEABLE:
787                 case PAT_WRITE_PROTECTED:
788                         pat_index = 3;
789                         break;
790                 case PAT_WRITE_THROUGH:
791                         pat_index = 1;
792                         break;
793                 case PAT_WRITE_BACK:
794                         pat_index = 0;
795                         break;
796                 case PAT_WRITE_COMBINING:
797                         pat_index = 2;
798                         break;
799                 default:
800                         panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
801                 }
802         }
803
804         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
805         cache_bits = 0;
806         if (pat_index & 0x4)
807                 cache_bits |= pat_flag;
808         if (pat_index & 0x2)
809                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
810         if (pat_index & 0x1)
811                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
812         return (cache_bits);
813 }
814 #ifdef SMP
815 /*
816  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
817  *
818  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
819  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
820  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
821  * processor could cache an old, pre-update entry without being
822  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
823  * active on another processor after its pm_active field is checked by
824  * one of the following functions but before a store updating the page
825  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
826  * processor before its pm_active field is checked but due to
827  * speculative loads one of the following functions stills reads the
828  * pmap as inactive on the other processor.
829  * 
830  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
831  * immutable.  The kernel page table is always active on every
832  * processor.
833  */
834 void
835 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
836 {
837         u_int cpumask;
838         u_int other_cpus;
839
840         sched_pin();
841         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
842                 invlpg(va);
843                 smp_invlpg(va);
844         } else {
845                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
846                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
847                 if (pmap->pm_active & cpumask)
848                         invlpg(va);
849                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
850                         smp_masked_invlpg(pmap->pm_active & other_cpus, va);
851         }
852         sched_unpin();
853 }
854
855 void
856 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
857 {
858         u_int cpumask;
859         u_int other_cpus;
860         vm_offset_t addr;
861
862         sched_pin();
863         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
864                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
865                         invlpg(addr);
866                 smp_invlpg_range(sva, eva);
867         } else {
868                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
869                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
870                 if (pmap->pm_active & cpumask)
871                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
872                                 invlpg(addr);
873                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
874                         smp_masked_invlpg_range(pmap->pm_active & other_cpus,
875                             sva, eva);
876         }
877         sched_unpin();
878 }
879
880 void
881 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
882 {
883         u_int cpumask;
884         u_int other_cpus;
885
886         sched_pin();
887         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active == all_cpus) {
888                 invltlb();
889                 smp_invltlb();
890         } else {
891                 cpumask = PCPU_GET(cpumask);
892                 other_cpus = PCPU_GET(other_cpus);
893                 if (pmap->pm_active & cpumask)
894                         invltlb();
895                 if (pmap->pm_active & other_cpus)
896                         smp_masked_invltlb(pmap->pm_active & other_cpus);
897         }
898         sched_unpin();
899 }
900
901 void
902 pmap_invalidate_cache(void)
903 {
904
905         sched_pin();
906         wbinvd();
907         smp_cache_flush();
908         sched_unpin();
909 }
910 #else /* !SMP */
911 /*
912  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
913  * We inline these within pmap.c for speed.
914  */
915 PMAP_INLINE void
916 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
917 {
918
919         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
920                 invlpg(va);
921 }
922
923 PMAP_INLINE void
924 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
925 {
926         vm_offset_t addr;
927
928         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
929                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
930                         invlpg(addr);
931 }
932
933 PMAP_INLINE void
934 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
935 {
936
937         if (pmap == kernel_pmap || pmap->pm_active)
938                 invltlb();
939 }
940
941 PMAP_INLINE void
942 pmap_invalidate_cache(void)
943 {
944
945         wbinvd();
946 }
947 #endif /* !SMP */
948
949 void
950 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
951 {
952
953         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
954             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
955         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
956             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
957
958         if (cpu_feature & CPUID_SS)
959                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
960         else if (cpu_feature & CPUID_CLFSH) {
961
962                 /*
963                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
964                  * instruction to insure that previous stores are
965                  * included in the write-back.  The processor
966                  * propagates flush to other processors in the cache
967                  * coherence domain.
968                  */
969                 mfence();
970                 for (; eva < sva; eva += cpu_clflush_line_size)
971                         clflush(eva);
972                 mfence();
973         } else {
974
975                 /*
976                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
977                  * globally invalidate cache as a last resort.
978                  */
979                 pmap_invalidate_cache();
980         }
981 }
982
983 /*
984  * Are we current address space or kernel?  N.B. We return FALSE when
985  * a pmap's page table is in use because a kernel thread is borrowing
986  * it.  The borrowed page table can change spontaneously, making any
987  * dependence on its continued use subject to a race condition.
988  */
989 static __inline int
990 pmap_is_current(pmap_t pmap)
991 {
992
993         return (pmap == kernel_pmap ||
994                 (pmap == vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace) &&
995             (pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME) == (PTDpde[0] & PG_FRAME)));
996 }
997
998 /*
999  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1000  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1001  */
1002 pt_entry_t *
1003 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1004 {
1005         pd_entry_t newpf;
1006         pd_entry_t *pde;
1007
1008         pde = pmap_pde(pmap, va);
1009         if (*pde & PG_PS)
1010                 return (pde);
1011         if (*pde != 0) {
1012                 /* are we current address space or kernel? */
1013                 if (pmap_is_current(pmap))
1014                         return (vtopte(va));
1015                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1016                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1017                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1018                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1019                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
1020                 }
1021                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1022         }
1023         return (0);
1024 }
1025
1026 /*
1027  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1028  * being NULL.
1029  */
1030 static __inline void
1031 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1032 {
1033
1034         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1035                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1036 }
1037
1038 static __inline void
1039 invlcaddr(void *caddr)
1040 {
1041
1042         invlpg((u_int)caddr);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1047  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1048  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1049  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1050  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1051  *
1052  * If the given pmap is not the current pmap, vm_page_queue_mtx
1053  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1054  */
1055 static pt_entry_t *
1056 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1057 {
1058         pd_entry_t newpf;
1059         pd_entry_t *pde;
1060
1061         pde = pmap_pde(pmap, va);
1062         if (*pde & PG_PS)
1063                 return (pde);
1064         if (*pde != 0) {
1065                 /* are we current address space or kernel? */
1066                 if (pmap_is_current(pmap))
1067                         return (vtopte(va));
1068                 mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1069                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1070                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1071                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1072                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1073 #ifdef SMP
1074                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1075 #endif
1076                         invlcaddr(PADDR1);
1077                         PMAP1changed++;
1078                 } else
1079 #ifdef SMP
1080                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1081                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1082                         invlcaddr(PADDR1);
1083                         PMAP1changedcpu++;
1084                 } else
1085 #endif
1086                         PMAP1unchanged++;
1087                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1088         }
1089         return (0);
1090 }
1091
1092 /*
1093  *      Routine:        pmap_extract
1094  *      Function:
1095  *              Extract the physical page address associated
1096  *              with the given map/virtual_address pair.
1097  */
1098 vm_paddr_t 
1099 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1100 {
1101         vm_paddr_t rtval;
1102         pt_entry_t *pte;
1103         pd_entry_t pde;
1104
1105         rtval = 0;
1106         PMAP_LOCK(pmap);
1107         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1108         if (pde != 0) {
1109                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1110                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1111                 else {
1112                         pte = pmap_pte(pmap, va);
1113                         rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1114                         pmap_pte_release(pte);
1115                 }
1116         }
1117         PMAP_UNLOCK(pmap);
1118         return (rtval);
1119 }
1120
1121 /*
1122  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1123  *      Function:
1124  *              Atomically extract and hold the physical page
1125  *              with the given pmap and virtual address pair
1126  *              if that mapping permits the given protection.
1127  */
1128 vm_page_t
1129 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1130 {
1131         pd_entry_t pde;
1132         pt_entry_t pte;
1133         vm_page_t m;
1134
1135         m = NULL;
1136         vm_page_lock_queues();
1137         PMAP_LOCK(pmap);
1138         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1139         if (pde != 0) {
1140                 if (pde & PG_PS) {
1141                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1142                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1143                                     (va & PDRMASK));
1144                                 vm_page_hold(m);
1145                         }
1146                 } else {
1147                         sched_pin();
1148                         pte = *pmap_pte_quick(pmap, va);
1149                         if (pte != 0 &&
1150                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1151                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1152                                 vm_page_hold(m);
1153                         }
1154                         sched_unpin();
1155                 }
1156         }
1157         vm_page_unlock_queues();
1158         PMAP_UNLOCK(pmap);
1159         return (m);
1160 }
1161
1162 /***************************************************
1163  * Low level mapping routines.....
1164  ***************************************************/
1165
1166 /*
1167  * Add a wired page to the kva.
1168  * Note: not SMP coherent.
1169  */
1170 PMAP_INLINE void 
1171 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1172 {
1173         pt_entry_t *pte;
1174
1175         pte = vtopte(va);
1176         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pgeflag);
1177 }
1178
1179 static __inline void
1180 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1181 {
1182         pt_entry_t *pte;
1183
1184         pte = vtopte(va);
1185         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pgeflag | pmap_cache_bits(mode, 0));
1186 }
1187
1188 /*
1189  * Remove a page from the kernel pagetables.
1190  * Note: not SMP coherent.
1191  */
1192 PMAP_INLINE void
1193 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1194 {
1195         pt_entry_t *pte;
1196
1197         pte = vtopte(va);
1198         pte_clear(pte);
1199 }
1200
1201 /*
1202  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1203  *      virtual address space.
1204  *
1205  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1206  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1207  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1208  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1209  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1210  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1211  *      region.
1212  */
1213 vm_offset_t
1214 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1215 {
1216         vm_offset_t va, sva;
1217
1218         va = sva = *virt;
1219         while (start < end) {
1220                 pmap_kenter(va, start);
1221                 va += PAGE_SIZE;
1222                 start += PAGE_SIZE;
1223         }
1224         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1225         *virt = va;
1226         return (sva);
1227 }
1228
1229
1230 /*
1231  * Add a list of wired pages to the kva
1232  * this routine is only used for temporary
1233  * kernel mappings that do not need to have
1234  * page modification or references recorded.
1235  * Note that old mappings are simply written
1236  * over.  The page *must* be wired.
1237  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1238  */
1239 void
1240 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1241 {
1242         pt_entry_t *endpte, oldpte, *pte;
1243
1244         oldpte = 0;
1245         pte = vtopte(sva);
1246         endpte = pte + count;
1247         while (pte < endpte) {
1248                 oldpte |= *pte;
1249                 pte_store(pte, VM_PAGE_TO_PHYS(*ma) | pgeflag |
1250                     pmap_cache_bits((*ma)->md.pat_mode, 0) | PG_RW | PG_V);
1251                 pte++;
1252                 ma++;
1253         }
1254         if ((oldpte & PG_V) != 0)
1255                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1256                     PAGE_SIZE);
1257 }
1258
1259 /*
1260  * This routine tears out page mappings from the
1261  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1262  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1263  */
1264 void
1265 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1266 {
1267         vm_offset_t va;
1268
1269         va = sva;
1270         while (count-- > 0) {
1271                 pmap_kremove(va);
1272                 va += PAGE_SIZE;
1273         }
1274         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1275 }
1276
1277 /***************************************************
1278  * Page table page management routines.....
1279  ***************************************************/
1280 static __inline void
1281 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1282 {
1283         vm_page_t m;
1284
1285         while (free != NULL) {
1286                 m = free;
1287                 free = m->right;
1288                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1289                 vm_page_free_toq(m);
1290         }
1291 }
1292
1293 /*
1294  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1295  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1296  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1297  */
1298 static __inline void
1299 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1300 {
1301
1302         if (set_PG_ZERO)
1303                 m->flags |= PG_ZERO;
1304         else
1305                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1306         m->right = *free;
1307         *free = m;
1308 }
1309
1310 /*
1311  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1312  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1313  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1314  * ordered by this virtual address range.
1315  */
1316 static void
1317 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1318 {
1319         vm_page_t root;
1320
1321         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1322         root = pmap->pm_root;
1323         if (root == NULL) {
1324                 mpte->left = NULL;
1325                 mpte->right = NULL;
1326         } else {
1327                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1328                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1329                         mpte->left = root->left;
1330                         mpte->right = root;
1331                         root->left = NULL;
1332                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1333                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1334                 else {
1335                         mpte->right = root->right;
1336                         mpte->left = root;
1337                         root->right = NULL;
1338                 }
1339         }
1340         pmap->pm_root = mpte;
1341 }
1342
1343 /*
1344  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1345  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1346  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1347  */
1348 static vm_page_t
1349 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1350 {
1351         vm_page_t mpte;
1352         vm_pindex_t pindex = va >> PDRSHIFT;
1353
1354         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1355         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1356                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1357                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1358                         mpte = NULL;
1359         }
1360         return (mpte);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1365  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1366  * the pmap's collection.
1367  */
1368 static void
1369 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1370 {
1371         vm_page_t root;
1372
1373         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1374         if (mpte != pmap->pm_root)
1375                 vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1376         if (mpte->left == NULL)
1377                 root = mpte->right;
1378         else {
1379                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1380                 root->right = mpte->right;
1381         }
1382         pmap->pm_root = root;
1383 }
1384
1385 /*
1386  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1387  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1388  */
1389 static __inline int
1390 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1391 {
1392
1393         --m->wire_count;
1394         if (m->wire_count == 0)
1395                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, m, free);
1396         else
1397                 return 0;
1398 }
1399
1400 static int 
1401 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1402 {
1403         vm_offset_t pteva;
1404
1405         /*
1406          * unmap the page table page
1407          */
1408         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1409         --pmap->pm_stats.resident_count;
1410
1411         /*
1412          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1413          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1414          * down is begun.
1415          */
1416         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1417
1418         /*
1419          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1420          * take effect immediately.
1421          */
1422         pteva = VM_MAXUSER_ADDRESS + i386_ptob(m->pindex);
1423         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1424
1425         /* 
1426          * Put page on a list so that it is released after
1427          * *ALL* TLB shootdown is done
1428          */
1429         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1430
1431         return 1;
1432 }
1433
1434 /*
1435  * After removing a page table entry, this routine is used to
1436  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1437  */
1438 static int
1439 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *free)
1440 {
1441         pd_entry_t ptepde;
1442         vm_page_t mpte;
1443
1444         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1445                 return 0;
1446         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1447         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1448         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, free);
1449 }
1450
1451 void
1452 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1453 {
1454
1455         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1456         pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)(KERNBASE + (vm_offset_t)IdlePTD);
1457 #ifdef PAE
1458         pmap->pm_pdpt = (pdpt_entry_t *)(KERNBASE + (vm_offset_t)IdlePDPT);
1459 #endif
1460         pmap->pm_root = NULL;
1461         pmap->pm_active = 0;
1462         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1463         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1464         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1465         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1466         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1467         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1468 }
1469
1470 /*
1471  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1472  * such as one in a vmspace structure.
1473  */
1474 int
1475 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1476 {
1477         vm_page_t m, ptdpg[NPGPTD];
1478         vm_paddr_t pa;
1479         static int color;
1480         int i;
1481
1482         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1483
1484         /*
1485          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1486          * page directory table.
1487          */
1488         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1489                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kmem_alloc_nofault(kernel_map,
1490                     NBPTD);
1491
1492                 if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1493                         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1494                         return (0);
1495                 }
1496 #ifdef PAE
1497                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
1498                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
1499                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
1500                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
1501                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
1502                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
1503 #endif
1504                 pmap->pm_root = NULL;
1505         }
1506         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1507             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
1508
1509         /*
1510          * allocate the page directory page(s)
1511          */
1512         for (i = 0; i < NPGPTD;) {
1513                 m = vm_page_alloc(NULL, color++,
1514                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1515                     VM_ALLOC_ZERO);
1516                 if (m == NULL)
1517                         VM_WAIT;
1518                 else {
1519                         ptdpg[i++] = m;
1520                 }
1521         }
1522
1523         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, ptdpg, NPGPTD);
1524
1525         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
1526                 if ((ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
1527                         bzero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG), PAGE_SIZE);
1528         }
1529
1530         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1531         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1532         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1533         /* Wire in kernel global address entries. */
1534         bcopy(PTD + KPTDI, pmap->pm_pdir + KPTDI, nkpt * sizeof(pd_entry_t));
1535
1536         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1537         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
1538                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg[i]);
1539                 pmap->pm_pdir[PTDPTDI + i] = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1540 #ifdef PAE
1541                 pmap->pm_pdpt[i] = pa | PG_V;
1542 #endif
1543         }
1544
1545         pmap->pm_active = 0;
1546         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1547         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1548
1549         return (1);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * this routine is called if the page table page is not
1554  * mapped correctly.
1555  */
1556 static vm_page_t
1557 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, unsigned ptepindex, int flags)
1558 {
1559         vm_paddr_t ptepa;
1560         vm_page_t m;
1561
1562         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1563             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1564             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1565
1566         /*
1567          * Allocate a page table page.
1568          */
1569         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1570             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1571                 if (flags & M_WAITOK) {
1572                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1573                         vm_page_unlock_queues();
1574                         VM_WAIT;
1575                         vm_page_lock_queues();
1576                         PMAP_LOCK(pmap);
1577                 }
1578
1579                 /*
1580                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1581                  * page may have been allocated.
1582                  */
1583                 return (NULL);
1584         }
1585         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1586                 pmap_zero_page(m);
1587
1588         /*
1589          * Map the pagetable page into the process address space, if
1590          * it isn't already there.
1591          */
1592
1593         pmap->pm_stats.resident_count++;
1594
1595         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1596         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
1597                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1598
1599         return m;
1600 }
1601
1602 static vm_page_t
1603 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1604 {
1605         unsigned ptepindex;
1606         pd_entry_t ptepa;
1607         vm_page_t m;
1608
1609         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1610             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1611             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1612
1613         /*
1614          * Calculate pagetable page index
1615          */
1616         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
1617 retry:
1618         /*
1619          * Get the page directory entry
1620          */
1621         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
1622
1623         /*
1624          * This supports switching from a 4MB page to a
1625          * normal 4K page.
1626          */
1627         if (ptepa & PG_PS) {
1628                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
1629                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
1630         }
1631
1632         /*
1633          * If the page table page is mapped, we just increment the
1634          * hold count, and activate it.
1635          */
1636         if (ptepa) {
1637                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
1638                 m->wire_count++;
1639         } else {
1640                 /*
1641                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
1642                  * been deallocated. 
1643                  */
1644                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1645                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1646                         goto retry;
1647         }
1648         return (m);
1649 }
1650
1651
1652 /***************************************************
1653 * Pmap allocation/deallocation routines.
1654  ***************************************************/
1655
1656 #ifdef SMP
1657 /*
1658  * Deal with a SMP shootdown of other users of the pmap that we are
1659  * trying to dispose of.  This can be a bit hairy.
1660  */
1661 static cpumask_t *lazymask;
1662 static u_int lazyptd;
1663 static volatile u_int lazywait;
1664
1665 void pmap_lazyfix_action(void);
1666
1667 void
1668 pmap_lazyfix_action(void)
1669 {
1670         cpumask_t mymask = PCPU_GET(cpumask);
1671
1672 #ifdef COUNT_IPIS
1673         (*ipi_lazypmap_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1674 #endif
1675         if (rcr3() == lazyptd)
1676                 load_cr3(PCPU_GET(curpcb)->pcb_cr3);
1677         atomic_clear_int(lazymask, mymask);
1678         atomic_store_rel_int(&lazywait, 1);
1679 }
1680
1681 static void
1682 pmap_lazyfix_self(cpumask_t mymask)
1683 {
1684
1685         if (rcr3() == lazyptd)
1686                 load_cr3(PCPU_GET(curpcb)->pcb_cr3);
1687         atomic_clear_int(lazymask, mymask);
1688 }
1689
1690
1691 static void
1692 pmap_lazyfix(pmap_t pmap)
1693 {
1694         cpumask_t mymask, mask;
1695         u_int spins;
1696
1697         while ((mask = pmap->pm_active) != 0) {
1698                 spins = 50000000;
1699                 mask = mask & -mask;    /* Find least significant set bit */
1700                 mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1701 #ifdef PAE
1702                 lazyptd = vtophys(pmap->pm_pdpt);
1703 #else
1704                 lazyptd = vtophys(pmap->pm_pdir);
1705 #endif
1706                 mymask = PCPU_GET(cpumask);
1707                 if (mask == mymask) {
1708                         lazymask = &pmap->pm_active;
1709                         pmap_lazyfix_self(mymask);
1710                 } else {
1711                         atomic_store_rel_int((u_int *)&lazymask,
1712                             (u_int)&pmap->pm_active);
1713                         atomic_store_rel_int(&lazywait, 0);
1714                         ipi_selected(mask, IPI_LAZYPMAP);
1715                         while (lazywait == 0) {
1716                                 ia32_pause();
1717                                 if (--spins == 0)
1718                                         break;
1719                         }
1720                 }
1721                 mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1722                 if (spins == 0)
1723                         printf("pmap_lazyfix: spun for 50000000\n");
1724         }
1725 }
1726
1727 #else   /* SMP */
1728
1729 /*
1730  * Cleaning up on uniprocessor is easy.  For various reasons, we're
1731  * unlikely to have to even execute this code, including the fact
1732  * that the cleanup is deferred until the parent does a wait(2), which
1733  * means that another userland process has run.
1734  */
1735 static void
1736 pmap_lazyfix(pmap_t pmap)
1737 {
1738         u_int cr3;
1739
1740         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
1741         if (cr3 == rcr3()) {
1742                 load_cr3(PCPU_GET(curpcb)->pcb_cr3);
1743                 pmap->pm_active &= ~(PCPU_GET(cpumask));
1744         }
1745 }
1746 #endif  /* SMP */
1747
1748 /*
1749  * Release any resources held by the given physical map.
1750  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1751  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1752  */
1753 void
1754 pmap_release(pmap_t pmap)
1755 {
1756         vm_page_t m, ptdpg[NPGPTD];
1757         int i;
1758
1759         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1760             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1761             pmap->pm_stats.resident_count));
1762         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1763             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1764
1765         pmap_lazyfix(pmap);
1766         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1767         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1768         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1769
1770         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
1771                 ptdpg[i] = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pdir[PTDPTDI + i] &
1772                     PG_FRAME);
1773
1774         bzero(pmap->pm_pdir + PTDPTDI, (nkpt + NPGPTD) *
1775             sizeof(*pmap->pm_pdir));
1776
1777         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
1778
1779         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
1780                 m = ptdpg[i];
1781 #ifdef PAE
1782                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
1783                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
1784 #endif
1785                 m->wire_count--;
1786                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1787                 vm_page_free_zero(m);
1788         }
1789         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1790 }
1791 \f
1792 static int
1793 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1794 {
1795         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
1796
1797         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1798 }
1799 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1800     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
1801
1802 static int
1803 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1804 {
1805         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1806
1807         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1808 }
1809 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1810     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
1811
1812 /*
1813  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1814  */
1815 void
1816 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1817 {
1818         struct pmap *pmap;
1819         vm_paddr_t ptppaddr;
1820         vm_page_t nkpg;
1821         pd_entry_t newpdir;
1822         pt_entry_t *pde;
1823
1824         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1825         if (kernel_vm_end == 0) {
1826                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1827                 nkpt = 0;
1828                 while (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1829                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1830                         nkpt++;
1831                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1832                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1833                                 break;
1834                         }
1835                 }
1836         }
1837         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1838         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1839                 addr = kernel_map->max_offset;
1840         while (kernel_vm_end < addr) {
1841                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1842                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1843                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1844                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1845                                 break;
1846                         }
1847                         continue;
1848                 }
1849
1850                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
1851                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1852                     VM_ALLOC_ZERO);
1853                 if (nkpg == NULL)
1854                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1855
1856                 nkpt++;
1857
1858                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1859                         pmap_zero_page(nkpg);
1860                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1861                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1862                 pdir_pde(PTD, kernel_vm_end) = newpdir;
1863
1864                 mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1865                 LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
1866                         pde = pmap_pde(pmap, kernel_vm_end);
1867                         pde_store(pde, newpdir);
1868                 }
1869                 mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1870                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1871                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1872                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1873                         break;
1874                 }
1875         }
1876 }
1877
1878
1879 /***************************************************
1880  * page management routines.
1881  ***************************************************/
1882
1883 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1884 CTASSERT(_NPCM == 11);
1885
1886 static __inline struct pv_chunk *
1887 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1888 {
1889
1890         return (struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK);
1891 }
1892
1893 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1894
1895 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
1896 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
1897
1898 static uint32_t pc_freemask[11] = {
1899         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
1900         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
1901         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
1902         PC_FREE0_9, PC_FREE10
1903 };
1904
1905 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1906         "Current number of pv entries");
1907
1908 #ifdef PV_STATS
1909 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1910
1911 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1912         "Current number of pv entry chunks");
1913 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1914         "Current number of pv entry chunks allocated");
1915 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1916         "Current number of pv entry chunks frees");
1917 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1918         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1919
1920 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
1921 static int pv_entry_spare;
1922
1923 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1924         "Current number of pv entry frees");
1925 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1926         "Current number of pv entry allocs");
1927 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1928         "Current number of spare pv entries");
1929
1930 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
1931
1932 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
1933         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
1934 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
1935         "Current number times pmap_collect called on active queue");
1936 #endif
1937
1938 /*
1939  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1940  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1941  * another pv entry chunk.  This is normally called to
1942  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
1943  */
1944 static void
1945 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
1946 {
1947         struct md_page *pvh;
1948         pd_entry_t *pde;
1949         pmap_t pmap;
1950         pt_entry_t *pte, tpte;
1951         pv_entry_t next_pv, pv;
1952         vm_offset_t va;
1953         vm_page_t m, free;
1954
1955         sched_pin();
1956         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
1957                 if (m->hold_count || m->busy)
1958                         continue;
1959                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
1960                         va = pv->pv_va;
1961                         pmap = PV_PMAP(pv);
1962                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1963                         if (pmap > locked_pmap)
1964                                 PMAP_LOCK(pmap);
1965                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
1966                                 continue;
1967                         pmap->pm_stats.resident_count--;
1968                         pde = pmap_pde(pmap, va);
1969                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
1970                             " a 4mpage in page %p's pv list", m));
1971                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
1972                         tpte = pte_load_clear(pte);
1973                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
1974                             ("pmap_collect: wired pte %#jx", (uintmax_t)tpte));
1975                         if (tpte & PG_A)
1976                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1977                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
1978                                 vm_page_dirty(m);
1979                         free = NULL;
1980                         pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
1981                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1982                         pmap_free_zero_pages(free);
1983                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1984                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
1985                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1986                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
1987                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
1988                         }
1989                         free_pv_entry(pmap, pv);
1990                         if (pmap != locked_pmap)
1991                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1992                 }
1993         }
1994         sched_unpin();
1995 }
1996
1997
1998 /*
1999  * free the pv_entry back to the free list
2000  */
2001 static void
2002 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2003 {
2004         vm_page_t m;
2005         struct pv_chunk *pc;
2006         int idx, field, bit;
2007
2008         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2009         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2010         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2011         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2012         pv_entry_count--;
2013         pc = pv_to_chunk(pv);
2014         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2015         field = idx / 32;
2016         bit = idx % 32;
2017         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2018         /* move to head of list */
2019         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2020         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2021                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2022                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2023                         return;
2024                 }
2025         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2026         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2027         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2028         /* entire chunk is free, return it */
2029         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2030         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2031         vm_page_unwire(m, 0);
2032         vm_page_free(m);
2033         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2034 }
2035
2036 /*
2037  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2038  * when needed.
2039  */
2040 static pv_entry_t
2041 get_pv_entry(pmap_t pmap, int try)
2042 {
2043         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2044         static struct timeval lastprint;
2045         static vm_pindex_t colour;
2046         struct vpgqueues *pq;
2047         int bit, field;
2048         pv_entry_t pv;
2049         struct pv_chunk *pc;
2050         vm_page_t m;
2051
2052         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2053         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2054         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2055         pv_entry_count++;
2056         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2057                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2058                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2059                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2060                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
2061         pq = NULL;
2062 retry:
2063         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2064         if (pc != NULL) {
2065                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2066                         if (pc->pc_map[field]) {
2067                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2068                                 break;
2069                         }
2070                 }
2071                 if (field < _NPCM) {
2072                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2073                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2074                         /* If this was the last item, move it to tail */
2075                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2076                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2077                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2078                                         return (pv);    /* not full, return */
2079                                 }
2080                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2081                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2082                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2083                         return (pv);
2084                 }
2085         }
2086         /*
2087          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the page
2088          * queues lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2089          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2090          */
2091         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, colour, (pq ==
2092             &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ? VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) |
2093             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2094                 if (try) {
2095                         pv_entry_count--;
2096                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2097                         return (NULL);
2098                 }
2099                 /*
2100                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to
2101                  * inactive pages.  After that, if a pv chunk entry
2102                  * is still needed, destroy mappings to active pages.
2103                  */
2104                 if (pq == NULL) {
2105                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
2106                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
2107                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
2108                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
2109                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
2110                 } else
2111                         panic("get_pv_entry: increase vm.pmap.shpgperproc");
2112                 pmap_collect(pmap, pq);
2113                 goto retry;
2114         }
2115         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2116         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2117         colour++;
2118         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2119         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2120         pc->pc_pmap = pmap;
2121         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2122         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2123                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2124         pv = &pc->pc_pventry[0];
2125         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2126         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2127         return (pv);
2128 }
2129
2130 static __inline pv_entry_t
2131 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2132 {
2133         pv_entry_t pv;
2134
2135         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2136         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2137                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2138                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2139                         break;
2140                 }
2141         }
2142         return (pv);
2143 }
2144
2145 static void
2146 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2147 {
2148         struct md_page *pvh;
2149         pv_entry_t pv;
2150         vm_offset_t va_last;
2151         vm_page_t m;
2152
2153         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2154         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2155             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2156
2157         /*
2158          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2159          * page's pv list.
2160          */
2161         pvh = pa_to_pvh(pa);
2162         va = trunc_4mpage(va);
2163         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2164         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2165         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2166         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2167         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2168         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2169         do {
2170                 m++;
2171                 KASSERT((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0,
2172                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2173                 va += PAGE_SIZE;
2174                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2175         } while (va < va_last);
2176 }
2177
2178 static void
2179 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2180 {
2181         struct md_page *pvh;
2182         pv_entry_t pv;
2183         vm_offset_t va_last;
2184         vm_page_t m;
2185
2186         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2187         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2188             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2189
2190         /*
2191          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2192          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2193          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2194          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2195          * removes one of the mappings that is being promoted.
2196          */
2197         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2198         va = trunc_4mpage(va);
2199         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2200         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2201         pvh = pa_to_pvh(pa);
2202         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2203         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2204         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2205         do {
2206                 m++;
2207                 va += PAGE_SIZE;
2208                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2209         } while (va < va_last);
2210 }
2211
2212 static void
2213 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2214 {
2215         pv_entry_t pv;
2216
2217         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2218         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2219         free_pv_entry(pmap, pv);
2220 }
2221
2222 static void
2223 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2224 {
2225         struct md_page *pvh;
2226
2227         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2228         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2229         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
2230                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2231                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2232                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2233         }
2234 }
2235
2236 /*
2237  * Create a pv entry for page at pa for
2238  * (pmap, va).
2239  */
2240 static void
2241 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2242 {
2243         pv_entry_t pv;
2244
2245         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2246         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2247         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2248         pv->pv_va = va;
2249         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2250 }
2251
2252 /*
2253  * Conditionally create a pv entry.
2254  */
2255 static boolean_t
2256 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2257 {
2258         pv_entry_t pv;
2259
2260         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2261         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2262         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2263             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2264                 pv->pv_va = va;
2265                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2266                 return (TRUE);
2267         } else
2268                 return (FALSE);
2269 }
2270
2271 /*
2272  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2273  */
2274 static boolean_t
2275 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2276 {
2277         struct md_page *pvh;
2278         pv_entry_t pv;
2279
2280         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2281         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2282             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2283                 pv->pv_va = va;
2284                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2285                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2286                 return (TRUE);
2287         } else
2288                 return (FALSE);
2289 }
2290
2291 /*
2292  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.
2293  */
2294 static boolean_t
2295 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2296 {
2297         pd_entry_t newpde, oldpde;
2298         pmap_t allpmaps_entry;
2299         pt_entry_t *firstpte, newpte, *pte;
2300         vm_paddr_t mptepa;
2301         vm_page_t free, mpte;
2302
2303         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2304         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2305         if (mpte != NULL)
2306                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2307         else {
2308                 KASSERT((*pde & PG_W) == 0,
2309                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2310                     " is missing"));
2311                 free = NULL;
2312                 pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_4mpage(va), &free);
2313                 pmap_invalidate_page(pmap, trunc_4mpage(va));
2314                 pmap_free_zero_pages(free);
2315                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2316                     " in pmap %p", va, pmap);
2317                 return (FALSE);
2318         }
2319         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2320
2321         /*
2322          * Temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2323          * address space at either PADDR1 or PADDR2.
2324          */
2325         if (curthread->td_pinned > 0 && mtx_owned(&vm_page_queue_mtx)) {
2326                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2327                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2328 #ifdef SMP
2329                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2330 #endif
2331                         invlcaddr(PADDR1);
2332                         PMAP1changed++;
2333                 } else
2334 #ifdef SMP
2335                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2336                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2337                         invlcaddr(PADDR1);
2338                         PMAP1changedcpu++;
2339                 } else
2340 #endif
2341                         PMAP1unchanged++;
2342                 firstpte = PADDR1;
2343         } else {
2344                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2345                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2346                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2347                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
2348                 }
2349                 firstpte = PADDR2;
2350         }
2351         oldpde = *pde;
2352         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2353         KASSERT((oldpde & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V),
2354             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A and/or PG_V"));
2355         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2356             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2357         KASSERT((oldpde & PG_PS) != 0,
2358             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS"));
2359         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2360         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2361                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2362
2363         /*
2364          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2365          * entries.
2366          */ 
2367         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2368             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2369             " addresses"));
2370         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2371                 for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2372                         *pte = newpte;  
2373                         newpte += PAGE_SIZE;
2374                 }
2375         
2376         /*
2377          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2378          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2379          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2380          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2381          * the read above and the store below. 
2382          */
2383         if (pmap == kernel_pmap) {
2384                 /*
2385                  * A harmless race exists between this loop and the bcopy()
2386                  * in pmap_pinit() that initializes the kernel segment of
2387                  * the new page table.  Specifically, that bcopy() may copy
2388                  * the new PDE from the PTD, which is first in allpmaps, to
2389                  * the new page table before this loop updates that new
2390                  * page table.
2391                  */
2392                 mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
2393                 LIST_FOREACH(allpmaps_entry, &allpmaps, pm_list) {
2394                         pde = pmap_pde(allpmaps_entry, va);
2395                         KASSERT(*pde == newpde || (*pde & PG_PTE_PROMOTE) ==
2396                             (oldpde & PG_PTE_PROMOTE),
2397                             ("pmap_demote_pde: pde was %#jx, expected %#jx",
2398                             (uintmax_t)*pde, (uintmax_t)oldpde));
2399                         pde_store(pde, newpde);
2400                 }
2401                 mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
2402         } else
2403                 pde_store(pde, newpde); 
2404         if (firstpte == PADDR2)
2405                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2406
2407         /*
2408          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2409          */
2410         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2411
2412         /*
2413          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2414          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2415          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2416          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2417          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2418          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2419          * the 2mpage to referencing the page table page.
2420          */
2421         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2422                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2423
2424         pmap_pde_demotions++;
2425         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2426             " in pmap %p", va, pmap);
2427         return (TRUE);
2428 }
2429
2430 /*
2431  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2432  */
2433 static void
2434 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2435     vm_page_t *free)
2436 {
2437         struct md_page *pvh;
2438         pd_entry_t oldpde;
2439         vm_offset_t eva, va;
2440         vm_page_t m, mpte;
2441
2442         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2443         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2444             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2445         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2446         if (oldpde & PG_W)
2447                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2448
2449         /*
2450          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2451          * PG_G.
2452          */
2453         if (oldpde & PG_G)
2454                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2455         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2456         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2457                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2458                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2459                 eva = sva + NBPDR;
2460                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2461                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2462                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2463                                 vm_page_dirty(m);
2464                         if (oldpde & PG_A)
2465                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2466                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2467                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2468                                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2469                 }
2470         }
2471         if (pmap == kernel_pmap) {
2472                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2473                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2474         } else {
2475                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2476                 if (mpte != NULL) {
2477                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2478                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2479                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2480                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2481                         mpte->wire_count = 0;
2482                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2483                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2484                 }
2485         }
2486 }
2487
2488 /*
2489  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2490  */
2491 static int
2492 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, vm_page_t *free)
2493 {
2494         pt_entry_t oldpte;
2495         vm_page_t m;
2496
2497         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2498         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2499         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2500         if (oldpte & PG_W)
2501                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2502         /*
2503          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2504          * PG_G.
2505          */
2506         if (oldpte & PG_G)
2507                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
2508         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2509         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2510                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2511                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2512                         vm_page_dirty(m);
2513                 if (oldpte & PG_A)
2514                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2515                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2516         }
2517         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
2518 }
2519
2520 /*
2521  * Remove a single page from a process address space
2522  */
2523 static void
2524 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *free)
2525 {
2526         pt_entry_t *pte;
2527
2528         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2529         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
2530         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2531         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
2532                 return;
2533         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
2534         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2535 }
2536
2537 /*
2538  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2539  *
2540  *      It is assumed that the start and end are properly
2541  *      rounded to the page size.
2542  */
2543 void
2544 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2545 {
2546         vm_offset_t pdnxt;
2547         pd_entry_t ptpaddr;
2548         pt_entry_t *pte;
2549         vm_page_t free = NULL;
2550         int anyvalid;
2551
2552         /*
2553          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2554          */
2555         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2556                 return;
2557
2558         anyvalid = 0;
2559
2560         vm_page_lock_queues();
2561         sched_pin();
2562         PMAP_LOCK(pmap);
2563
2564         /*
2565          * special handling of removing one page.  a very
2566          * common operation and easy to short circuit some
2567          * code.
2568          */
2569         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
2570             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
2571                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
2572                 goto out;
2573         }
2574
2575         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
2576                 unsigned pdirindex;
2577
2578                 /*
2579                  * Calculate index for next page table.
2580                  */
2581                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2582                 if (pdnxt < sva)
2583                         pdnxt = eva;
2584                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2585                         break;
2586
2587                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
2588                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
2589
2590                 /*
2591                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2592                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2593                  */
2594                 if (ptpaddr == 0)
2595                         continue;
2596
2597                 /*
2598                  * Check for large page.
2599                  */
2600                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2601                         /*
2602                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2603                          * demote the mapping and fall through.
2604                          */
2605                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
2606                                 /*
2607                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2608                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2609                                  */
2610                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2611                                         anyvalid = 1;
2612                                 pmap_remove_pde(pmap,
2613                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
2614                                 continue;
2615                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
2616                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
2617                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2618                                 continue;
2619                         }
2620                 }
2621
2622                 /*
2623                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2624                  * by the current page table page, or to the end of the
2625                  * range being removed.
2626                  */
2627                 if (pdnxt > eva)
2628                         pdnxt = eva;
2629
2630                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
2631                     sva += PAGE_SIZE) {
2632                         if (*pte == 0)
2633                                 continue;
2634
2635                         /*
2636                          * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated
2637                          * by pmap_remove_pte().
2638                          */
2639                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2640                                 anyvalid = 1;
2641                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &free))
2642                                 break;
2643                 }
2644         }
2645 out:
2646         sched_unpin();
2647         if (anyvalid)
2648                 pmap_invalidate_all(pmap);
2649         vm_page_unlock_queues();
2650         PMAP_UNLOCK(pmap);
2651         pmap_free_zero_pages(free);
2652 }
2653
2654 /*
2655  *      Routine:        pmap_remove_all
2656  *      Function:
2657  *              Removes this physical page from
2658  *              all physical maps in which it resides.
2659  *              Reflects back modify bits to the pager.
2660  *
2661  *      Notes:
2662  *              Original versions of this routine were very
2663  *              inefficient because they iteratively called
2664  *              pmap_remove (slow...)
2665  */
2666
2667 void
2668 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2669 {
2670         struct md_page *pvh;
2671         pv_entry_t pv;
2672         pmap_t pmap;
2673         pt_entry_t *pte, tpte;
2674         pd_entry_t *pde;
2675         vm_offset_t va;
2676         vm_page_t free;
2677
2678         KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0,
2679             ("pmap_remove_all: page %p is fictitious", m));
2680         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2681         sched_pin();
2682         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2683         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2684                 va = pv->pv_va;
2685                 pmap = PV_PMAP(pv);
2686                 PMAP_LOCK(pmap);
2687                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2688                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2689                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2690         }
2691         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2692                 pmap = PV_PMAP(pv);
2693                 PMAP_LOCK(pmap);
2694                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2695                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2696                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2697                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
2698                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
2699                 tpte = pte_load_clear(pte);
2700                 if (tpte & PG_W)
2701                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2702                 if (tpte & PG_A)
2703                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2704
2705                 /*
2706                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2707                  */
2708                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2709                         vm_page_dirty(m);
2710                 free = NULL;
2711                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
2712                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2713                 pmap_free_zero_pages(free);
2714                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2715                 free_pv_entry(pmap, pv);
2716                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2717         }
2718         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
2719         sched_unpin();
2720 }
2721
2722 /*
2723  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
2724  */
2725 static boolean_t
2726 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
2727 {
2728         pd_entry_t newpde, oldpde;
2729         vm_offset_t eva, va;
2730         vm_page_t m;
2731         boolean_t anychanged;
2732
2733         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2734         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2735             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2736         anychanged = FALSE;
2737 retry:
2738         oldpde = newpde = *pde;
2739         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2740                 eva = sva + NBPDR;
2741                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2742                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2743                         /*
2744                          * In contrast to the analogous operation on a 4KB page
2745                          * mapping, the mapping's PG_A flag is not cleared and
2746                          * the page's PG_REFERENCED flag is not set.  The
2747                          * reason is that pmap_demote_pde() expects that a 2/4MB
2748                          * page mapping with a stored page table page has PG_A
2749                          * set.
2750                          */
2751                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2752                                 vm_page_dirty(m);
2753                 }
2754         }
2755         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2756                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
2757 #ifdef PAE
2758         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2759                 newpde |= pg_nx;
2760 #endif
2761         if (newpde != oldpde) {
2762                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde))
2763                         goto retry;
2764                 if (oldpde & PG_G)
2765                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2766                 else
2767                         anychanged = TRUE;
2768         }
2769         return (anychanged);
2770 }
2771
2772 /*
2773  *      Set the physical protection on the
2774  *      specified range of this map as requested.
2775  */
2776 void
2777 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2778 {
2779         vm_offset_t pdnxt;
2780         pd_entry_t ptpaddr;
2781         pt_entry_t *pte;
2782         int anychanged;
2783
2784         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2785                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2786                 return;
2787         }
2788
2789 #ifdef PAE
2790         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
2791             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
2792                 return;
2793 #else
2794         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2795                 return;
2796 #endif
2797
2798         anychanged = 0;
2799
2800         vm_page_lock_queues();
2801         sched_pin();
2802         PMAP_LOCK(pmap);
2803         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
2804                 pt_entry_t obits, pbits;
2805                 unsigned pdirindex;
2806
2807                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2808                 if (pdnxt < sva)
2809                         pdnxt = eva;
2810
2811                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
2812                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
2813
2814                 /*
2815                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2816                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2817                  */
2818                 if (ptpaddr == 0)
2819                         continue;
2820
2821                 /*
2822                  * Check for large page.
2823                  */
2824                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2825                         /*
2826                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
2827                          * demote the mapping and fall through.
2828                          */
2829                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
2830                                 /*
2831                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2832                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
2833                                  */
2834                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
2835                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
2836                                         anychanged = 1;
2837                                 continue;
2838                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
2839                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
2840                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2841                                 continue;
2842                         }
2843                 }
2844
2845                 if (pdnxt > eva)
2846                         pdnxt = eva;
2847
2848                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
2849                     sva += PAGE_SIZE) {
2850                         vm_page_t m;
2851
2852 retry:
2853                         /*
2854                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
2855                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
2856                          * significant 32 bits.
2857                          */
2858                         obits = pbits = *pte;
2859                         if ((pbits & PG_V) == 0)
2860                                 continue;
2861                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2862                                 m = NULL;
2863                                 if (pbits & PG_A) {
2864                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2865                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2866                                         pbits &= ~PG_A;
2867                                 }
2868                                 if ((pbits & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
2869                                         if (m == NULL)
2870                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2871                                         vm_page_dirty(m);
2872                                 }
2873                         }
2874
2875                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2876                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
2877 #ifdef PAE
2878                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2879                                 pbits |= pg_nx;
2880 #endif
2881
2882                         if (pbits != obits) {
2883 #ifdef PAE
2884                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
2885                                         goto retry;
2886 #else
2887                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
2888                                     pbits))
2889                                         goto retry;
2890 #endif
2891                                 if (obits & PG_G)
2892                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2893                                 else
2894                                         anychanged = 1;
2895                         }
2896                 }
2897         }
2898         sched_unpin();
2899         if (anychanged)
2900                 pmap_invalidate_all(pmap);
2901         vm_page_unlock_queues();
2902         PMAP_UNLOCK(pmap);
2903 }
2904
2905 /*
2906  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
2907  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
2908  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
2909  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
2910  * mappings must have identical characteristics.
2911  *
2912  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
2913  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
2914  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
2915  * pmap.
2916  */
2917 static void
2918 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2919 {
2920         pd_entry_t newpde;
2921         pmap_t allpmaps_entry;
2922         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
2923         vm_offset_t oldpteva;
2924         vm_page_t mpte;
2925
2926         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2927
2928         /*
2929          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
2930          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
2931          * within a 2- or 4MB page.
2932          */
2933         firstpte = vtopte(trunc_4mpage(va));
2934 setpde:
2935         newpde = *firstpte;
2936         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
2937                 pmap_pde_p_failures++;
2938                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
2939                     " in pmap %p", va, pmap);
2940                 return;
2941         }
2942         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
2943                 pmap_pde_p_failures++;
2944                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
2945                     " in pmap %p", va, pmap);
2946                 return;
2947         }
2948         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
2949                 /*
2950                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
2951                  * a TLB invalidation.
2952                  */
2953                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
2954                     ~PG_RW))  
2955                         goto setpde;
2956                 newpde &= ~PG_RW;
2957         }
2958
2959         /* 
2960          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
2961          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
2962          * characteristics to the first PTE.
2963          */
2964         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
2965         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
2966 setpte:
2967                 oldpte = *pte;
2968                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
2969                         pmap_pde_p_failures++;
2970                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
2971                             " in pmap %p", va, pmap);
2972                         return;
2973                 }
2974                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
2975                         /*
2976                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
2977                          * without a TLB invalidation.
2978                          */
2979                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
2980                             oldpte & ~PG_RW))
2981                                 goto setpte;
2982                         oldpte &= ~PG_RW;
2983                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
2984                             (va & ~PDRMASK);
2985                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
2986                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
2987                 }
2988                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
2989                         pmap_pde_p_failures++;
2990                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
2991                             " in pmap %p", va, pmap);
2992                         return;
2993                 }
2994                 pa -= PAGE_SIZE;
2995         }
2996
2997         /*
2998          * Save the page table page in its current state until the PDE
2999          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3000          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3001          */
3002         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3003         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3004             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3005             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3006         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3007             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3008         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3009
3010         /*
3011          * Promote the pv entries.
3012          */
3013         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3014                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3015
3016         /*
3017          * Propagate the PAT index to its proper position.
3018          */
3019         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3020                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3021
3022         /*
3023          * Map the superpage.
3024          */
3025         if (pmap == kernel_pmap) {
3026                 mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
3027                 LIST_FOREACH(allpmaps_entry, &allpmaps, pm_list) {
3028                         pde = pmap_pde(allpmaps_entry, va);
3029                         pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3030                 }
3031                 mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
3032         } else
3033                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3034
3035         pmap_pde_promotions++;
3036         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3037             " in pmap %p", va, pmap);
3038 }
3039
3040 /*
3041  *      Insert the given physical page (p) at
3042  *      the specified virtual address (v) in the
3043  *      target physical map with the protection requested.
3044  *
3045  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3046  *      that the related pte can not be reclaimed.
3047  *
3048  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3049  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3050  *      insert this page into the given map NOW.
3051  */
3052 void
3053 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3054     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3055 {
3056         vm_paddr_t pa;
3057         pd_entry_t *pde;
3058         pt_entry_t *pte;
3059         vm_paddr_t opa;
3060         pt_entry_t origpte, newpte;
3061         vm_page_t mpte, om;
3062         boolean_t invlva;
3063
3064         va = trunc_page(va);
3065         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3066         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3067             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", va));
3068
3069         mpte = NULL;
3070
3071         vm_page_lock_queues();
3072         PMAP_LOCK(pmap);
3073         sched_pin();
3074
3075         /*
3076          * In the case that a page table page is not
3077          * resident, we are creating it here.
3078          */
3079         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3080                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
3081         }
3082
3083         pde = pmap_pde(pmap, va);
3084         if ((*pde & PG_PS) != 0)
3085                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 4MB page");
3086         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3087
3088         /*
3089          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
3090          */
3091         if (pte == NULL) {
3092                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3093                         (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3094         }
3095
3096         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3097         om = NULL;
3098         origpte = *pte;
3099         opa = origpte & PG_FRAME;
3100
3101         /*
3102          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3103          */
3104         if (origpte && (opa == pa)) {
3105                 /*
3106                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3107                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3108                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3109                  * the PT page will be also.
3110                  */
3111                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3112                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3113                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3114                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3115
3116                 /*
3117                  * Remove extra pte reference
3118                  */
3119                 if (mpte)
3120                         mpte->wire_count--;
3121
3122                 /*
3123                  * We might be turning off write access to the page,
3124                  * so we go ahead and sense modify status.
3125                  */
3126                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3127                         om = m;
3128                         pa |= PG_MANAGED;
3129                 }
3130                 goto validate;
3131         } 
3132         /*
3133          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3134          * handle validating new mapping.
3135          */
3136         if (opa) {
3137                 if (origpte & PG_W)
3138                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3139                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3140                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3141                         pmap_remove_entry(pmap, om, va);
3142                 }
3143                 if (mpte != NULL) {
3144                         mpte->wire_count--;
3145                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3146                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3147                              " va: 0x%x", va));
3148                 }
3149         } else
3150                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3151
3152         /*
3153          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3154          */
3155         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3156                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3157                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3158                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
3159                 pa |= PG_MANAGED;
3160         }
3161
3162         /*
3163          * Increment counters
3164          */
3165         if (wired)
3166                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3167
3168 validate:
3169         /*
3170          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3171          */
3172         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3173         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3174                 newpte |= PG_RW;
3175                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3176         }
3177 #ifdef PAE
3178         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3179                 newpte |= pg_nx;
3180 #endif
3181         if (wired)
3182                 newpte |= PG_W;
3183         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3184                 newpte |= PG_U;
3185         if (pmap == kernel_pmap)
3186                 newpte |= pgeflag;
3187
3188         /*
3189          * if the mapping or permission bits are different, we need
3190          * to update the pte.
3191          */
3192         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3193                 newpte |= PG_A;
3194                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3195                         newpte |= PG_M;
3196                 if (origpte & PG_V) {
3197                         invlva = FALSE;
3198                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3199                         if (origpte & PG_A) {
3200                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3201                                         vm_page_flag_set(om, PG_REFERENCED);
3202                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m))
3203                                         invlva = TRUE;
3204 #ifdef PAE
3205                                 if ((origpte & PG_NX) == 0 &&
3206                                     (newpte & PG_NX) != 0)
3207                                         invlva = TRUE;
3208 #endif
3209                         }
3210                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3211                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3212                                         vm_page_dirty(om);
3213                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3214                                         invlva = TRUE;
3215                         }
3216                         if (invlva)
3217                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3218                 } else
3219                         pte_store(pte, newpte);
3220         }
3221
3222         /*
3223          * If both the page table page and the reservation are fully
3224          * populated, then attempt promotion.
3225          */
3226         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3227             pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3228                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3229
3230         sched_unpin();
3231         vm_page_unlock_queues();
3232         PMAP_UNLOCK(pmap);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * Tries to create a 2- or 4MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
3237  * FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3238  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3239  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3240  */
3241 static boolean_t
3242 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3243 {
3244         pd_entry_t *pde, newpde;
3245
3246         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3247         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3248         pde = pmap_pde(pmap, va);
3249         if (*pde != 0) {
3250                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3251                     " in pmap %p", va, pmap);
3252                 return (FALSE);
3253         }
3254         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3255             PG_PS | PG_V;
3256         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0) {
3257                 newpde |= PG_MANAGED;
3258
3259                 /*
3260                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3261                  */
3262                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3263                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3264                             " in pmap %p", va, pmap);
3265                         return (FALSE);
3266                 }
3267         }
3268 #ifdef PAE
3269         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3270                 newpde |= pg_nx;
3271 #endif
3272         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3273                 newpde |= PG_U;
3274
3275         /*
3276          * Increment counters.
3277          */
3278         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3279
3280         /*
3281          * Map the superpage.
3282          */
3283         pde_store(pde, newpde);
3284
3285         pmap_pde_mappings++;
3286         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3287             " in pmap %p", va, pmap);
3288         return (TRUE);
3289 }
3290
3291 /*
3292  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3293  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3294  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3295  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3296  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3297  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3298  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3299  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3300  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3301  * corresponding offset from m_start are mapped.
3302  */
3303 void
3304 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3305     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3306 {
3307         vm_offset_t va;
3308         vm_page_t m, mpte;
3309         vm_pindex_t diff, psize;
3310
3311         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3312         psize = atop(end - start);
3313         mpte = NULL;
3314         m = m_start;
3315         PMAP_LOCK(pmap);
3316         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3317                 va = start + ptoa(diff);
3318                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3319                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3320                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3321                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3322                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3323                 else
3324                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3325                             mpte);
3326                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3327         }
3328         PMAP_UNLOCK(pmap);
3329 }
3330
3331 /*
3332  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3333  * 1. Current pmap & pmap exists.
3334  * 2. Not wired.
3335  * 3. Read access.
3336  * 4. No page table pages.
3337  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3338  */
3339
3340 void
3341 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3342 {
3343
3344         PMAP_LOCK(pmap);
3345         (void) pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3346         PMAP_UNLOCK(pmap);
3347 }
3348
3349 static vm_page_t
3350 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3351     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3352 {
3353         pt_entry_t *pte;
3354         vm_paddr_t pa;
3355         vm_page_t free;
3356
3357         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3358             (m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0,
3359             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3360         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3361         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3362
3363         /*
3364          * In the case that a page table page is not
3365          * resident, we are creating it here.
3366          */
3367         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3368                 unsigned ptepindex;
3369                 pd_entry_t ptepa;
3370
3371                 /*
3372                  * Calculate pagetable page index
3373                  */
3374                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
3375                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3376                         mpte->wire_count++;
3377                 } else {
3378                         /*
3379                          * Get the page directory entry
3380                          */
3381                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
3382
3383                         /*
3384                          * If the page table page is mapped, we just increment
3385                          * the hold count, and activate it.
3386                          */
3387                         if (ptepa) {
3388                                 if (ptepa & PG_PS)
3389                                         return (NULL);
3390                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
3391                                 mpte->wire_count++;
3392                         } else {
3393                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3394                                     M_NOWAIT);
3395                                 if (mpte == NULL)
3396                                         return (mpte);
3397                         }
3398                 }
3399         } else {
3400                 mpte = NULL;
3401         }
3402
3403         /*
3404          * This call to vtopte makes the assumption that we are
3405          * entering the page into the current pmap.  In order to support
3406          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte_quick.
3407          * But that isn't as quick as vtopte.
3408          */
3409         pte = vtopte(va);
3410         if (*pte) {
3411                 if (mpte != NULL) {
3412                         mpte->wire_count--;
3413                         mpte = NULL;
3414                 }
3415                 return (mpte);
3416         }
3417
3418         /*
3419          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3420          */
3421         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) == 0 &&
3422             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3423                 if (mpte != NULL) {
3424                         free = NULL;
3425                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, &free)) {
3426                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3427                                 pmap_free_zero_pages(free);
3428                         }
3429                         
3430                         mpte = NULL;
3431                 }
3432                 return (mpte);
3433         }
3434
3435         /*
3436          * Increment counters
3437          */
3438         pmap->pm_stats.resident_count++;
3439
3440         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3441 #ifdef PAE
3442         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3443                 pa |= pg_nx;
3444 #endif
3445
3446         /*
3447          * Now validate mapping with RO protection
3448          */
3449         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
3450                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3451         else
3452                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3453         return mpte;
3454 }
3455
3456 /*
3457  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3458  * to be used for panic dumps.
3459  */
3460 void *
3461 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3462 {
3463         vm_offset_t va;
3464
3465         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3466         pmap_kenter(va, pa);
3467         invlpg(va);
3468         return ((void *)crashdumpmap);
3469 }
3470
3471 /*
3472  * This code maps large physical mmap regions into the
3473  * processor address space.  Note that some shortcuts
3474  * are taken, but the code works.
3475  */
3476 void
3477 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3478     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3479 {
3480         pd_entry_t *pde;
3481         vm_paddr_t pa, ptepa;
3482         vm_page_t p;
3483         int pat_mode;
3484
3485         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3486         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3487             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3488         if (pseflag && 
3489             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3490                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3491                         return;
3492                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3493                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3494                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3495                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3496
3497                 /*
3498                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3499                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
3500                  */
3501                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3502                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3503                         return;
3504
3505                 /*
3506                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3507                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3508                  * memory attributes.
3509                  */
3510                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3511                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3512                     pa += PAGE_SIZE) {
3513                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3514                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3515                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3516                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3517                                 return;
3518                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3519                 }
3520
3521                 /*
3522                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
3523                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
3524                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
3525                  */
3526                 PMAP_LOCK(pmap);
3527                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3528                     size; pa += NBPDR) {
3529                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
3530                         if (*pde == 0) {
3531                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3532                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3533                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
3534                                     PAGE_SIZE;
3535                                 pmap_pde_mappings++;
3536                         }
3537                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
3538                         addr += NBPDR;
3539                 }
3540                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3541         }
3542 }
3543
3544 /*
3545  *      Routine:        pmap_change_wiring
3546  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3547  *                      pair.
3548  *      In/out conditions:
3549  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3550  */
3551 void
3552 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3553 {
3554         pd_entry_t *pde;
3555         pt_entry_t *pte;
3556         boolean_t are_queues_locked;
3557
3558         are_queues_locked = FALSE;
3559 retry:
3560         PMAP_LOCK(pmap);
3561         pde = pmap_pde(pmap, va);
3562         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3563                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3564                         if (!are_queues_locked) {
3565                                 are_queues_locked = TRUE;
3566                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3567                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3568                                         vm_page_lock_queues();
3569                                         goto retry;
3570                                 }
3571                         }
3572                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3573                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3574                 } else
3575                         goto out;
3576         }
3577         pte = pmap_pte(pmap, va);
3578
3579         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
3580                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3581         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
3582                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3583
3584         /*
3585          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3586          * invalidate TLB.
3587          */
3588         pmap_pte_set_w(pte, wired);
3589         pmap_pte_release(pte);
3590 out:
3591         if (are_queues_locked)
3592                 vm_page_unlock_queues();
3593         PMAP_UNLOCK(pmap);
3594 }
3595
3596
3597
3598 /*
3599  *      Copy the range specified by src_addr/len
3600  *      from the source map to the range dst_addr/len
3601  *      in the destination map.
3602  *
3603  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3604  */
3605
3606 void
3607 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3608     vm_offset_t src_addr)
3609 {
3610         vm_page_t   free;
3611         vm_offset_t addr;
3612         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3613         vm_offset_t pdnxt;
3614
3615         if (dst_addr != src_addr)
3616                 return;
3617
3618         if (!pmap_is_current(src_pmap))
3619                 return;
3620
3621         vm_page_lock_queues();
3622         if (dst_pmap < src_pmap) {
3623                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3624                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3625         } else {
3626                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3627                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3628         }
3629         sched_pin();
3630         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3631                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3632                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3633                 pd_entry_t srcptepaddr;
3634                 unsigned ptepindex;
3635
3636                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3637                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3638
3639                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3640                 if (pdnxt < addr)
3641                         pdnxt = end_addr;
3642                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3643
3644                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3645                 if (srcptepaddr == 0)
3646                         continue;
3647                         
3648                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3649                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
3650                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3651                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3652                             PG_PS_FRAME))) {
3653                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
3654                                     ~PG_W;
3655                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
3656                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
3657                         }
3658                         continue;
3659                 }
3660
3661                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
3662                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3663                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3664
3665                 if (pdnxt > end_addr)
3666                         pdnxt = end_addr;
3667
3668                 src_pte = vtopte(addr);
3669                 while (addr < pdnxt) {
3670                         pt_entry_t ptetemp;
3671                         ptetemp = *src_pte;
3672                         /*
3673                          * we only virtual copy managed pages
3674                          */
3675                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3676                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
3677                                     M_NOWAIT);
3678                                 if (dstmpte == NULL)
3679                                         goto out;
3680                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
3681                                 if (*dst_pte == 0 &&
3682                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3683                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3684                                         /*
3685                                          * Clear the wired, modified, and
3686                                          * accessed (referenced) bits
3687                                          * during the copy.
3688                                          */
3689                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3690                                             PG_A);
3691                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
3692                                 } else {
3693                                         free = NULL;
3694                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3695                                             dstmpte, &free)) {
3696                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3697                                                     addr);
3698                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3699                                         }
3700                                         goto out;
3701                                 }
3702                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3703                                         break;
3704                         }
3705                         addr += PAGE_SIZE;
3706                         src_pte++;
3707                 }
3708         }
3709 out:
3710         sched_unpin();
3711         vm_page_unlock_queues();
3712         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3713         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3714 }       
3715
3716 static __inline void
3717 pagezero(void *page)
3718 {
3719 #if defined(I686_CPU)
3720         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
3721 #if defined(CPU_ENABLE_SSE)
3722                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
3723                         sse2_pagezero(page);
3724                 else
3725 #endif
3726                         i686_pagezero(page);
3727         } else
3728 #endif
3729                 bzero(page, PAGE_SIZE);
3730 }
3731
3732 /*
3733  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
3734  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3735  */
3736 void
3737 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3738 {
3739         struct sysmaps *sysmaps;
3740
3741         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
3742         mtx_lock(&sysmaps->lock);
3743         if (*sysmaps->CMAP2)
3744                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
3745         sched_pin();
3746         *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
3747             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3748         invlcaddr(sysmaps->CADDR2);
3749         pagezero(sysmaps->CADDR2);
3750         *sysmaps->CMAP2 = 0;
3751         sched_unpin();
3752         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
3753 }
3754
3755 /*
3756  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3757  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3758  *
3759  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3760  */
3761 void
3762 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3763 {
3764         struct sysmaps *sysmaps;
3765
3766         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
3767         mtx_lock(&sysmaps->lock);
3768         if (*sysmaps->CMAP2)
3769                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
3770         sched_pin();
3771         *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
3772             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3773         invlcaddr(sysmaps->CADDR2);
3774         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
3775                 pagezero(sysmaps->CADDR2);
3776         else
3777                 bzero((char *)sysmaps->CADDR2 + off, size);
3778         *sysmaps->CMAP2 = 0;
3779         sched_unpin();
3780         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
3781 }
3782
3783 /*
3784  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
3785  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
3786  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
3787  *      outside of Giant.
3788  */
3789 void
3790 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
3791 {
3792
3793         if (*CMAP3)
3794                 panic("pmap_zero_page_idle: CMAP3 busy");
3795         sched_pin();
3796         *CMAP3 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
3797             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3798         invlcaddr(CADDR3);
3799         pagezero(CADDR3);
3800         *CMAP3 = 0;
3801         sched_unpin();
3802 }
3803
3804 /*
3805  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3806  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3807  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3808  *      time.
3809  */
3810 void
3811 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
3812 {
3813         struct sysmaps *sysmaps;
3814
3815         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
3816         mtx_lock(&sysmaps->lock);
3817         if (*sysmaps->CMAP1)
3818                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
3819         if (*sysmaps->CMAP2)
3820                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
3821         sched_pin();
3822         invlpg((u_int)sysmaps->CADDR1);
3823         invlpg((u_int)sysmaps->CADDR2);
3824         *sysmaps->CMAP1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
3825             pmap_cache_bits(src->md.pat_mode, 0);
3826         *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
3827             pmap_cache_bits(dst->md.pat_mode, 0);
3828         bcopy(sysmaps->CADDR1, sysmaps->CADDR2, PAGE_SIZE);
3829         *sysmaps->CMAP1 = 0;
3830         *sysmaps->CMAP2 = 0;
3831         sched_unpin();
3832         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
3833 }
3834
3835 /*
3836  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3837  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3838  * be changed upwards or downwards in the future; it
3839  * is only necessary that true be returned for a small
3840  * subset of pmaps for proper page aging.
3841  */
3842 boolean_t
3843 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3844 {
3845         struct md_page *pvh;
3846         pv_entry_t pv;
3847         int loops = 0;
3848
3849         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3850                 return FALSE;
3851
3852         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3853         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3854                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3855                         return TRUE;
3856                 }
3857                 loops++;
3858                 if (loops >= 16)
3859                         break;
3860         }
3861         if (loops < 16) {
3862                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3863                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3864                         if (PV_PMAP(pv) == pmap)
3865                                 return (TRUE);
3866                         loops++;
3867                         if (loops >= 16)
3868                                 break;
3869                 }
3870         }
3871         return (FALSE);
3872 }
3873
3874 /*
3875  *      pmap_page_wired_mappings:
3876  *
3877  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3878  *      that are wired.
3879  */
3880 int
3881 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3882 {
3883         int count;
3884
3885         count = 0;
3886         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3887                 return (count);
3888         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
3889         return (pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), count));
3890 }
3891
3892 /*
3893  *      pmap_pvh_wired_mappings:
3894  *
3895  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
3896  */
3897 static int
3898 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
3899 {
3900         pmap_t pmap;
3901         pt_entry_t *pte;
3902         pv_entry_t pv;
3903
3904         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3905         sched_pin();
3906         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
3907                 pmap = PV_PMAP(pv);
3908                 PMAP_LOCK(pmap);
3909                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3910                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3911                         count++;
3912                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3913         }
3914         sched_unpin();
3915         return (count);
3916 }
3917
3918 /*
3919  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
3920  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
3921  */
3922 boolean_t
3923 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3924 {
3925         struct md_page *pvh;
3926
3927         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) != 0)
3928                 return (FALSE);
3929         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3930         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
3931                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3932                 return (!TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list));
3933         } else
3934                 return (TRUE);
3935 }
3936
3937 /*
3938  * Remove all pages from specified address space
3939  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3940  * is special cased for current process only, but
3941  * can have the more generic (and slightly slower)
3942  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3943  * in the case of running down an entire address space.
3944  */
3945 void
3946 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3947 {
3948         pt_entry_t *pte, tpte;
3949         vm_page_t free = NULL;
3950         vm_page_t m, mpte, mt;
3951         pv_entry_t pv;
3952         struct md_page *pvh;
3953         struct pv_chunk *pc, *npc;
3954         int field, idx;
3955         int32_t bit;
3956         uint32_t inuse, bitmask;
3957         int allfree;
3958
3959         if (pmap != vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace)) {
3960                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
3961                 return;
3962         }
3963         vm_page_lock_queues();
3964         PMAP_LOCK(pmap);
3965         sched_pin();
3966         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3967                 allfree = 1;
3968                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3969                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
3970                         while (inuse != 0) {
3971                                 bit = bsfl(inuse);
3972                                 bitmask = 1UL << bit;
3973                                 idx = field * 32 + bit;
3974                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3975                                 inuse &= ~bitmask;
3976
3977                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3978                                 tpte = *pte;
3979                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
3980                                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3981                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
3982                                 }
3983
3984                                 if (tpte == 0) {
3985                                         printf(
3986                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
3987                                             pte, pv->pv_va);
3988                                         panic("bad pte");
3989                                 }
3990
3991 /*
3992  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3993  */
3994                                 if (tpte & PG_W) {
3995                                         allfree = 0;
3996                                         continue;
3997                                 }
3998
3999                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4000                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4001                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4002                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4003                                     (uintmax_t)tpte));
4004
4005                                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4006                                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4007                                         (uintmax_t)tpte));
4008
4009                                 pte_clear(pte);
4010
4011                                 /*
4012                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4013                                  */
4014                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4015                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4016                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4017                                                         vm_page_dirty(mt);
4018                                         } else
4019                                                 vm_page_dirty(m);
4020                                 }
4021
4022                                 /* Mark free */
4023                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4024                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4025                                 pv_entry_count--;
4026                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4027                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4028                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4029                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4030                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4031                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4032                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4033                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4034                                                                 vm_page_flag_clear(mt, PG_WRITEABLE);
4035                                         }
4036                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4037                                         if (mpte != NULL) {
4038                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4039                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4040                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4041                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4042                                                 mpte->wire_count = 0;
4043                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4044                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4045                                         }
4046                                 } else {
4047                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4048                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4049                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
4050                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4051                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4052                                                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4053                                         }
4054                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4055                                 }
4056                         }
4057                 }
4058                 if (allfree) {
4059                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
4060                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
4061                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
4062                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4063                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
4064                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
4065                         vm_page_unwire(m, 0);
4066                         vm_page_free(m);
4067                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
4068                 }
4069         }
4070         sched_unpin();
4071         pmap_invalidate_all(pmap);
4072         vm_page_unlock_queues();
4073         PMAP_UNLOCK(pmap);
4074         pmap_free_zero_pages(free);
4075 }
4076
4077 /*
4078  *      pmap_is_modified:
4079  *
4080  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4081  *      in any physical maps.
4082  */
4083 boolean_t
4084 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4085 {
4086
4087         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4088                 return (FALSE);
4089         if (pmap_is_modified_pvh(&m->md))
4090                 return (TRUE);
4091         return (pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4092 }
4093
4094 /*
4095  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4096  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4097  * mappings are supported.
4098  */
4099 static boolean_t
4100 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4101 {
4102         pv_entry_t pv;
4103         pt_entry_t *pte;
4104         pmap_t pmap;
4105         boolean_t rv;
4106
4107         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4108         rv = FALSE;
4109         sched_pin();
4110         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4111                 pmap = PV_PMAP(pv);
4112                 PMAP_LOCK(pmap);
4113                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4114                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4115                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4116                 if (rv)
4117                         break;
4118         }
4119         sched_unpin();
4120         return (rv);
4121 }
4122
4123 /*
4124  *      pmap_is_prefaultable:
4125  *
4126  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4127  *      for prefault.
4128  */
4129 boolean_t
4130 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4131 {
4132         pd_entry_t *pde;
4133         pt_entry_t *pte;
4134         boolean_t rv;
4135
4136         rv = FALSE;
4137         PMAP_LOCK(pmap);
4138         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4139         if (*pde != 0 && (*pde & PG_PS) == 0) {
4140                 pte = vtopte(addr);
4141                 rv = *pte == 0;
4142         }
4143         PMAP_UNLOCK(pmap);
4144         return (rv);
4145 }
4146
4147 /*
4148  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4149  */
4150 void
4151 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4152 {
4153         struct md_page *pvh;
4154         pv_entry_t next_pv, pv;
4155         pmap_t pmap;
4156         pd_entry_t *pde;
4157         pt_entry_t oldpte, *pte;
4158         vm_offset_t va;
4159
4160         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4161         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4162             (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
4163                 return;
4164         sched_pin();
4165         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4166         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4167                 va = pv->pv_va;
4168                 pmap = PV_PMAP(pv);
4169                 PMAP_LOCK(pmap);
4170                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4171                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4172                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4173                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4174         }
4175         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4176                 pmap = PV_PMAP(pv);
4177                 PMAP_LOCK(pmap);
4178                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4179                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4180                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4181                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4182 retry:
4183                 oldpte = *pte;
4184                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
4185                         /*
4186                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4187                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4188                          * significant 32 bits.
4189                          */
4190                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
4191                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
4192                                 goto retry;
4193                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4194                                 vm_page_dirty(m);
4195                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4196                 }
4197                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4198         }
4199         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4200         sched_unpin();
4201 }
4202
4203 /*
4204  *      pmap_ts_referenced:
4205  *
4206  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4207  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4208  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4209  *      reference bits set.
4210  *
4211  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4212  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4213  *      optimal aging of shared pages.
4214  */
4215 int
4216 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4217 {
4218         struct md_page *pvh;
4219         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4220         pmap_t pmap;
4221         pd_entry_t oldpde, *pde;
4222         pt_entry_t *pte;
4223         vm_offset_t va;
4224         int rtval = 0;
4225
4226         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4227                 return (rtval);
4228         sched_pin();
4229         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4230         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4231         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4232                 va = pv->pv_va;
4233                 pmap = PV_PMAP(pv);
4234                 PMAP_LOCK(pmap);
4235                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4236                 oldpde = *pde;
4237                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4238                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4239                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4240                                         /*
4241                                          * Remove the mapping to a single page
4242                                          * so that a subsequent access may
4243                                          * repromote.  Since the underlying
4244                                          * page table page is fully populated,
4245                                          * this removal never frees a page
4246                                          * table page.
4247                                          */
4248                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4249                                             PG_PS_FRAME);
4250                                         pmap_remove_page(pmap, va, NULL);
4251                                         rtval++;
4252                                         if (rtval > 4) {
4253                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4254                                                 return (rtval);
4255                                         }
4256                                 }
4257                         }
4258                 }
4259                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4260         }
4261         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4262                 pvf = pv;
4263                 do {
4264                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4265                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4266                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4267                         pmap = PV_PMAP(pv);
4268                         PMAP_LOCK(pmap);
4269                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4270                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4271                             " found a 4mpage in page %p's pv list", m));
4272                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4273                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4274                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4275                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4276                                 rtval++;
4277                                 if (rtval > 4)
4278                                         pvn = NULL;
4279                         }
4280                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4281                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4282         }
4283         sched_unpin();
4284         return (rtval);
4285 }
4286
4287 /*
4288  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4289  */
4290 void
4291 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4292 {
4293         struct md_page *pvh;
4294         pv_entry_t next_pv, pv;
4295         pmap_t pmap;
4296         pd_entry_t oldpde, *pde;
4297         pt_entry_t oldpte, *pte;
4298         vm_offset_t va;
4299
4300         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4301         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4302                 return;
4303         sched_pin();
4304         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4305         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4306                 va = pv->pv_va;
4307                 pmap = PV_PMAP(pv);
4308                 PMAP_LOCK(pmap);
4309                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4310                 oldpde = *pde;
4311                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4312                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4313                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4314                                         /*
4315                                          * Write protect the mapping to a
4316                                          * single page so that a subsequent
4317                                          * write access may repromote.
4318                                          */
4319                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4320                                             PG_PS_FRAME);
4321                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4322                                         oldpte = *pte;
4323                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4324                                                 /*
4325                                                  * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4326                                                  * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4327                                                  * significant 32 bits.
4328                                                  */
4329                                                 while (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte,
4330                                                     oldpte,
4331                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4332                                                         oldpte = *pte;
4333                                                 vm_page_dirty(m);
4334                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4335                                         }
4336                                 }
4337                         }
4338                 }
4339                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4340         }
4341         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4342                 pmap = PV_PMAP(pv);
4343                 PMAP_LOCK(pmap);
4344                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4345                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4346                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4347                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4348                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4349                         /*
4350                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4351                          * in size, PG_M is among the least significant
4352                          * 32 bits. 
4353                          */
4354                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
4355                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4356                 }
4357                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4358         }
4359         sched_unpin();
4360 }
4361
4362 /*
4363  *      pmap_clear_reference:
4364  *
4365  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4366  */
4367 void
4368 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4369 {
4370         struct md_page *pvh;
4371         pv_entry_t next_pv, pv;
4372         pmap_t pmap;
4373         pd_entry_t oldpde, *pde;
4374         pt_entry_t *pte;
4375         vm_offset_t va;
4376
4377         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4378         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4379                 return;
4380         sched_pin();
4381         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4382         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4383                 va = pv->pv_va;
4384                 pmap = PV_PMAP(pv);
4385                 PMAP_LOCK(pmap);
4386                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4387                 oldpde = *pde;
4388                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4389                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4390                                 /*
4391                                  * Remove the mapping to a single page so
4392                                  * that a subsequent access may repromote.
4393                                  * Since the underlying page table page is
4394                                  * fully populated, this removal never frees
4395                                  * a page table page.
4396                                  */
4397                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4398                                     PG_PS_FRAME);
4399                                 pmap_remove_page(pmap, va, NULL);
4400                         }
4401                 }
4402                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4403         }
4404         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4405                 pmap = PV_PMAP(pv);
4406                 PMAP_LOCK(pmap);
4407                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4408                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4409                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4410                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4411                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
4412                         /*
4413                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4414                          * in size, PG_A is among the least significant
4415                          * 32 bits. 
4416                          */
4417                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4418                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4419                 }
4420                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4421         }
4422         sched_unpin();
4423 }
4424
4425 /*
4426  * Miscellaneous support routines follow
4427  */
4428
4429 /*
4430  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4431  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4432  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4433  * NOT real memory.
4434  */
4435 void *
4436 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4437 {
4438         vm_offset_t va, offset;
4439         vm_size_t tmpsize;
4440
4441         offset = pa & PAGE_MASK;
4442         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4443         pa = pa & PG_FRAME;
4444
4445         if (pa < KERNLOAD && pa + size <= KERNLOAD)
4446                 va = KERNBASE + pa;
4447         else
4448                 va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4449         if (!va)
4450                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4451
4452         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4453                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
4454         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
4455         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
4456         return ((void *)(va + offset));
4457 }
4458
4459 void *
4460 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4461 {
4462
4463         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4464 }
4465
4466 void *
4467 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4468 {
4469
4470         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4471 }
4472
4473 void
4474 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4475 {
4476         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4477
4478         if (va >= KERNBASE && va + size <= KERNBASE + KERNLOAD)
4479                 return;
4480         base = trunc_page(va);
4481         offset = va & PAGE_MASK;
4482         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4483         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4484                 pmap_kremove(tmpva);
4485         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4486         kmem_free(kernel_map, base, size);
4487 }
4488
4489 /*
4490  * Sets the memory attribute for the specified page.
4491  */
4492 void
4493 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4494 {
4495         struct sysmaps *sysmaps;
4496         vm_offset_t sva, eva;
4497
4498         m->md.pat_mode = ma;
4499         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4500                 return;
4501
4502         /*
4503          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
4504          * See pmap_invalidate_cache_range().
4505          *
4506          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
4507          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
4508          * flushes the cache.
4509          */    
4510         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
4511                 return;
4512
4513         /*
4514          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
4515          * support self snoop, map the page transient and do
4516          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
4517          * pmap_invalidate_cache_range().
4518          */
4519         if ((cpu_feature & (CPUID_SS|CPUID_CLFSH)) == CPUID_CLFSH) {
4520                 sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
4521                 mtx_lock(&sysmaps->lock);
4522                 if (*sysmaps->CMAP2)
4523                         panic("pmap_page_set_memattr: CMAP2 busy");
4524                 sched_pin();
4525                 *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
4526                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4527                 invlcaddr(sysmaps->CADDR2);
4528                 sva = (vm_offset_t)sysmaps->CADDR2;
4529                 eva = sva + PAGE_SIZE;
4530         } else
4531                 sva = eva = 0; /* gcc */
4532         pmap_invalidate_cache_range(sva, eva);
4533         if (sva != 0) {
4534                 *sysmaps->CMAP2 = 0;
4535                 sched_unpin();
4536                 mtx_unlock(&sysmaps->lock);
4537         }
4538 }
4539
4540 int
4541 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4542 {
4543         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4544         pt_entry_t *pte;
4545         u_int opte, npte;
4546         pd_entry_t *pde;
4547         boolean_t changed;
4548
4549         base = trunc_page(va);
4550         offset = va & PAGE_MASK;
4551         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4552
4553         /*
4554          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
4555          */
4556         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
4557                 return (EINVAL);
4558
4559         /* 4MB pages and pages that aren't mapped aren't supported. */
4560         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE) {
4561                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
4562                 if (*pde & PG_PS)
4563                         return (EINVAL);
4564                 if (*pde == 0)
4565                         return (EINVAL);
4566                 pte = vtopte(tmpva);
4567                 if (*pte == 0)
4568                         return (EINVAL);
4569         }
4570
4571         changed = FALSE;
4572
4573         /*
4574          * Ok, all the pages exist and are 4k, so run through them updating
4575          * their cache mode.
4576          */
4577         for (tmpva = base; size > 0; ) {
4578                 pte = vtopte(tmpva);
4579
4580                 /*
4581                  * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4582                  * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4583                  */
4584                 do {
4585                         opte = *(u_int *)pte;
4586                         npte = opte & ~(PG_PTE_PAT | PG_NC_PCD | PG_NC_PWT);
4587                         npte |= pmap_cache_bits(mode, 0);
4588                 } while (npte != opte &&
4589                     !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4590                 if (npte != opte)
4591                         changed = TRUE;
4592                 tmpva += PAGE_SIZE;
4593                 size -= PAGE_SIZE;
4594         }
4595
4596         /*
4597          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that shouldn't
4598          * be, etc.
4599          */    
4600         if (changed) {
4601                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
4602                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
4603         }
4604         return (0);
4605 }
4606
4607 /*
4608  * perform the pmap work for mincore
4609  */
4610 int
4611 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4612 {
4613         pd_entry_t *pdep;
4614         pt_entry_t *ptep, pte;
4615         vm_paddr_t pa;
4616         vm_page_t m;
4617         int val = 0;
4618         
4619         PMAP_LOCK(pmap);
4620         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
4621         if (*pdep != 0) {
4622                 if (*pdep & PG_PS) {
4623                         pte = *pdep;
4624                         val = MINCORE_SUPER;
4625                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
4626                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
4627                             PG_FRAME;
4628                 } else {
4629                         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
4630                         pte = *ptep;
4631                         pmap_pte_release(ptep);
4632                         pa = pte & PG_FRAME;
4633                 }
4634         } else {
4635                 pte = 0;
4636                 pa = 0;
4637         }
4638         PMAP_UNLOCK(pmap);
4639
4640         if (pte != 0) {
4641                 val |= MINCORE_INCORE;
4642                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
4643                         return val;
4644
4645                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4646
4647                 /*
4648                  * Modified by us
4649                  */
4650                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4651                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4652                 else {
4653                         /*
4654                          * Modified by someone else
4655                          */
4656                         vm_page_lock_queues();
4657                         if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
4658                                 val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4659                         vm_page_unlock_queues();
4660                 }
4661                 /*
4662                  * Referenced by us
4663                  */
4664                 if (pte & PG_A)
4665                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4666                 else {
4667                         /*
4668                          * Referenced by someone else
4669                          */
4670                         vm_page_lock_queues();
4671                         if ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
4672                             pmap_ts_referenced(m)) {
4673                                 val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4674                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4675                         }
4676                         vm_page_unlock_queues();
4677                 }
4678         } 
4679         return val;
4680 }
4681
4682 void
4683 pmap_activate(struct thread *td)
4684 {
4685         pmap_t  pmap, oldpmap;
4686         u_int32_t  cr3;
4687
4688         critical_enter();
4689         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4690         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4691 #if defined(SMP)
4692         atomic_clear_int(&oldpmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4693         atomic_set_int(&pmap->pm_active, PCPU_GET(cpumask));
4694 #else
4695         oldpmap->pm_active &= ~1;
4696         pmap->pm_active |= 1;
4697 #endif
4698 #ifdef PAE
4699         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
4700 #else
4701         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
4702 #endif
4703         /*
4704          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
4705          */
4706         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
4707         load_cr3(cr3);
4708         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4709         critical_exit();
4710 }
4711
4712 /*
4713  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4714  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4715  */
4716 void
4717 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4718     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4719 {
4720         vm_offset_t superpage_offset;
4721
4722         if (size < NBPDR)
4723                 return;
4724         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4725                 offset += ptoa(object->pg_color);
4726         superpage_offset = offset & PDRMASK;
4727         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
4728             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
4729                 return;
4730         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
4731                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4732         else
4733                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
4734 }
4735
4736
4737 #if defined(PMAP_DEBUG)
4738 pmap_pid_dump(int pid)
4739 {
4740         pmap_t pmap;
4741         struct proc *p;
4742         int npte = 0;
4743         int index;
4744
4745         sx_slock(&allproc_lock);
4746         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
4747                 if (p->p_pid != pid)
4748                         continue;
4749
4750                 if (p->p_vmspace) {
4751                         int i,j;
4752                         index = 0;
4753                         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
4754                         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++) {
4755                                 pd_entry_t *pde;
4756                                 pt_entry_t *pte;
4757                                 vm_offset_t base = i << PDRSHIFT;
4758                                 
4759                                 pde = &pmap->pm_pdir[i];
4760                                 if (pde && pmap_pde_v(pde)) {
4761                                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
4762                                                 vm_offset_t va = base + (j << PAGE_SHIFT);
4763                                                 if (va >= (vm_offset_t) VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4764                                                         if (index) {
4765                                                                 index = 0;
4766                                                                 printf("\n");
4767                                                         }
4768                                                         sx_sunlock(&allproc_lock);
4769                                                         return npte;
4770                                                 }
4771                                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
4772                                                 if (pte && pmap_pte_v(pte)) {
4773                                                         pt_entry_t pa;
4774                                                         vm_page_t m;
4775                                                         pa = *pte;
4776                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa & PG_FRAME);
4777                                                         printf("va: 0x%x, pt: 0x%x, h: %d, w: %d, f: 0x%x",
4778                                                                 va, pa, m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
4779                                                         npte++;
4780                                                         index++;
4781                                                         if (index >= 2) {
4782                                                                 index = 0;
4783                                                                 printf("\n");
4784                                                         } else {
4785                                                                 printf(" ");
4786                                                         }
4787                                                 }
4788                                         }
4789                                 }
4790                         }
4791                 }
4792         }
4793         sx_sunlock(&allproc_lock);
4794         return npte;
4795 }
4796 #endif
4797
4798 #if defined(DEBUG)
4799
4800 static void     pads(pmap_t pm);
4801 void            pmap_pvdump(vm_offset_t pa);
4802
4803 /* print address space of pmap*/
4804 static void
4805 pads(pmap_t pm)
4806 {
4807         int i, j;
4808         vm_paddr_t va;
4809         pt_entry_t *ptep;
4810
4811         if (pm == kernel_pmap)
4812                 return;
4813         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++)
4814                 if (pm->pm_pdir[i])
4815                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
4816                                 va = (i << PDRSHIFT) + (j << PAGE_SHIFT);
4817                                 if (pm == kernel_pmap && va < KERNBASE)
4818                                         continue;
4819                                 if (pm != kernel_pmap && va > UPT_MAX_ADDRESS)
4820                                         continue;
4821                                 ptep = pmap_pte(pm, va);
4822                                 if (pmap_pte_v(ptep))
4823                                         printf("%x:%x ", va, *ptep);
4824                         };
4825
4826 }
4827
4828 void
4829 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
4830 {
4831         pv_entry_t pv;
4832         pmap_t pmap;
4833         vm_page_t m;
4834
4835         printf("pa %x", pa);
4836         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4837         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4838                 pmap = PV_PMAP(pv);
4839                 printf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pmap, pv->pv_va);
4840                 pads(pmap);
4841         }
4842         printf(" ");
4843 }
4844 #endif