kernel - MPSAFE work - Remove unused code
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
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  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
45  */
46
47 /*
48  *      Manages physical address maps.
49  *
50  *      In addition to hardware address maps, this
51  *      module is called upon to provide software-use-only
52  *      maps which may or may not be stored in the same
53  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
54  *      used to store intermediate results from copy
55  *      operations to and from address spaces.
56  *
57  *      Since the information managed by this module is
58  *      also stored by the logical address mapping module,
59  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
60  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
61  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
62  *      requested.
63  *
64  *      In order to cope with hardware architectures which
65  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
66  *      this module may delay invalidate or reduced protection
67  *      operations until such time as they are actually
68  *      necessary.  This module is given full information as
69  *      to which processors are currently using which maps,
70  *      and to when physical maps must be made correct.
71  */
72
73 #if JG
74 #include "opt_disable_pse.h"
75 #include "opt_pmap.h"
76 #endif
77 #include "opt_msgbuf.h"
78
79 #include <sys/param.h>
80 #include <sys/systm.h>
81 #include <sys/kernel.h>
82 #include <sys/proc.h>
83 #include <sys/msgbuf.h>
84 #include <sys/vmmeter.h>
85 #include <sys/mman.h>
86
87 #include <vm/vm.h>
88 #include <vm/vm_param.h>
89 #include <sys/sysctl.h>
90 #include <sys/lock.h>
91 #include <vm/vm_kern.h>
92 #include <vm/vm_page.h>
93 #include <vm/vm_map.h>
94 #include <vm/vm_object.h>
95 #include <vm/vm_extern.h>
96 #include <vm/vm_pageout.h>
97 #include <vm/vm_pager.h>
98 #include <vm/vm_zone.h>
99
100 #include <sys/user.h>
101 #include <sys/thread2.h>
102 #include <sys/sysref2.h>
103
104 #include <machine/cputypes.h>
105 #include <machine/md_var.h>
106 #include <machine/specialreg.h>
107 #include <machine/smp.h>
108 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
109 #include <machine/globaldata.h>
110 #include <machine/pmap.h>
111 #include <machine/pmap_inval.h>
112
113 #include <ddb/ddb.h>
114
115 #define PMAP_KEEP_PDIRS
116 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
117 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
118 #endif
119
120 #if defined(DIAGNOSTIC)
121 #define PMAP_DIAGNOSTIC
122 #endif
123
124 #define MINPV 2048
125
126 /*
127  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
128  */
129 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
130 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
131
132 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
133 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
134 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
135 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
136 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
137
138
139 /*
140  * Given a map and a machine independent protection code,
141  * convert to a vax protection code.
142  */
143 #define pte_prot(m, p)          \
144         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
145 static int protection_codes[8];
146
147 struct pmap kernel_pmap;
148 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
149
150 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
151 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
152 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
153 vm_offset_t virtual2_end;
154 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
155 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
156 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
157 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
158 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
159 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
160 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
161 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
162
163 static vm_object_t kptobj;
164
165 static int ndmpdp;
166 static vm_paddr_t dmaplimit;
167 static int nkpt;
168 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
169
170 static uint64_t KPTbase;
171 static uint64_t KPTphys;
172 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
173 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
174 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
175 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
176
177 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
178 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
179
180 /*
181  * Data for the pv entry allocation mechanism
182  */
183 static vm_zone_t pvzone;
184 static struct vm_zone pvzone_store;
185 static struct vm_object pvzone_obj;
186 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
187 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
188 static struct pv_entry *pvinit;
189
190 /*
191  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
192  */
193 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
194 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
195 static pt_entry_t *msgbufmap;
196 struct msgbuf *msgbufp=0;
197
198 /*
199  * Crashdump maps.
200  */
201 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
202 static caddr_t crashdumpmap;
203
204 extern pt_entry_t *SMPpt;
205 extern uint64_t SMPptpa;
206
207 #define DISABLE_PSE
208
209 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
210 static void i386_protection_init (void);
211 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
212 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
213 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
214                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
215 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
216                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
217 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
218                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
219 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
220 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
221                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
222
223 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
224
225 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
226 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
227 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
228 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
229 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
230                                 pmap_inval_info_t info);
231 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
232 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
233
234 static unsigned pdir4mb;
235
236 /*
237  * Move the kernel virtual free pointer to the next
238  * 2MB.  This is used to help improve performance
239  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
240  * (.text, .data, .bss)
241  */
242 static
243 vm_offset_t
244 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
245 {
246         vm_offset_t newaddr = addr;
247
248         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
249         return newaddr;
250 }
251
252 /*
253  * pmap_pte_quick:
254  *
255  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
256  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
257  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
258  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
259  *
260  *      Should only be called while in a critical section.
261  */
262 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
263
264 static
265 pt_entry_t *
266 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
267 {
268         return pmap_pte(pmap, va);
269 }
270
271 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
272 static __inline
273 vm_pindex_t
274 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
275 {
276         return va >> PDRSHIFT;
277 }
278
279 /* Return various clipped indexes for a given VA */
280 static __inline
281 vm_pindex_t
282 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
283 {
284
285         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
286 }
287
288 static __inline
289 vm_pindex_t
290 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
291 {
292
293         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
294 }
295
296 static __inline
297 vm_pindex_t
298 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
299 {
300
301         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
302 }
303
304 static __inline
305 vm_pindex_t
306 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
307 {
308
309         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
310 }
311
312 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
313 static __inline
314 pml4_entry_t *
315 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
316 {
317
318         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
319 }
320
321 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
322 static __inline
323 pdp_entry_t *
324 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
325 {
326         pdp_entry_t *pdpe;
327
328         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
329         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
330 }
331
332 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
333 static __inline
334 pdp_entry_t *
335 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
336 {
337         pml4_entry_t *pml4e;
338
339         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
340         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
341                 return NULL;
342         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
343 }
344
345 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
346 static __inline
347 pd_entry_t *
348 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
349 {
350         pd_entry_t *pde;
351
352         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
353         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
354 }
355
356 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
357 static __inline
358 pd_entry_t *
359 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
360 {
361         pdp_entry_t *pdpe;
362
363         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
364         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
365                  return NULL;
366         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
367 }
368
369 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
370 static __inline
371 pt_entry_t *
372 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
373 {
374         pt_entry_t *pte;
375
376         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
377         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
378 }
379
380 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
381 static __inline
382 pt_entry_t *
383 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
384 {
385         pd_entry_t *pde;
386
387         pde = pmap_pde(pmap, va);
388         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
389                 return NULL;
390         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
391                 return ((pt_entry_t *)pde);
392         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
393 }
394
395 static __inline
396 pt_entry_t *
397 vtopte(vm_offset_t va)
398 {
399         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
400
401         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
402 }
403
404 static __inline
405 pd_entry_t *
406 vtopde(vm_offset_t va)
407 {
408         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
409
410         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
411 }
412
413 static uint64_t
414 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
415 {
416         uint64_t ret;
417
418         ret = *firstaddr;
419         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
420         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
421         return (ret);
422 }
423
424 static
425 void
426 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
427 {
428         int i;
429
430         /* we are running (mostly) V=P at this point */
431
432         /* Allocate pages */
433         KPTbase = allocpages(firstaddr, NKPT);
434         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
435         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
436         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
437
438         /*
439          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
440          * that is where we start populating the page table pages.
441          * Basically this is the end - 2.
442          */
443         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
444         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
445
446         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
447         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
448                 ndmpdp = 4;
449         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
450         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
451                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
452         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
453
454         /*
455          * Fill in the underlying page table pages for the area around
456          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
457          *
458          * Read-only from zero to physfree
459          * XXX not fully used, underneath 2M pages
460          */
461         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
462                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
463                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
464         }
465
466         /*
467          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
468          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
469          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
470          * data, bss, and initial pre-allocations.
471          */
472         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
473                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
474                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
475         }
476         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
477                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
478                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
479         }
480
481         /*
482          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
483          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
484          * above in the KERNBASE area.
485          */
486         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
487                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
488                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
489         }
490
491         /*
492          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
493          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
494          */
495         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
496                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
497                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
498                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
499                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
500         }
501
502         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
503         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
504         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
505                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
506                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
507                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
508                             PG_G | PG_M | PG_A;
509                 }
510                 /* And the direct map space's PDP */
511                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
512                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
513                             (i << PAGE_SHIFT);
514                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
515                 }
516         } else {
517                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
518                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
519                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
520                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
521                             PG_G | PG_M | PG_A;
522                 }
523         }
524
525         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
526         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
527         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
528
529         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
530         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
531         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
532
533         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
534         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
535         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
536 }
537
538 void
539 init_paging(vm_paddr_t *firstaddr)
540 {
541         create_pagetables(firstaddr);
542 }
543
544 /*
545  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
546  *
547  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
548  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
549  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
550  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
551  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
552  *      (physical) address starting relative to 0]
553  */
554 void
555 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
556 {
557         vm_offset_t va;
558         pt_entry_t *pte;
559         struct mdglobaldata *gd;
560         int pg;
561
562         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
563         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
564         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
565
566         avail_start = *firstaddr;
567
568         /*
569          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
570          */
571         create_pagetables(firstaddr);
572
573         virtual2_start = KvaStart;
574         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
575
576         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
577         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
578
579         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
580
581         /* XXX do %cr0 as well */
582         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
583         load_cr3(KPML4phys);
584
585         /*
586          * Initialize protection array.
587          */
588         i386_protection_init();
589
590         /*
591          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
592          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
593          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
594          */
595         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
596         kernel_pmap.pm_count = 1;
597         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
598         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
599         nkpt = NKPT;
600
601         /*
602          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
603          * mapping of pages.
604          */
605 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
606         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
607
608         va = virtual_start;
609 #ifdef JG
610         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
611 #else
612         pte = vtopte(va);
613 #endif
614
615         /*
616          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
617          */
618         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
619
620         /*
621          * Crashdump maps.
622          */
623         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
624
625         /*
626          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
627          * /dev/mem.
628          */
629         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
630
631         /*
632          * msgbufp is used to map the system message buffer.
633          * XXX msgbufmap is not used.
634          */
635         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
636                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
637
638         virtual_start = va;
639
640         *CMAP1 = 0;
641
642         /*
643          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
644          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
645          * works under UP because self-referential page table mappings
646          */
647 #ifdef SMP
648         pgeflag = 0;
649 #else
650         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
651                 pgeflag = PG_G;
652 #endif
653         
654 /*
655  * Initialize the 4MB page size flag
656  */
657         pseflag = 0;
658 /*
659  * The 4MB page version of the initial
660  * kernel page mapping.
661  */
662         pdir4mb = 0;
663
664 #if !defined(DISABLE_PSE)
665         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
666                 pt_entry_t ptditmp;
667                 /*
668                  * Note that we have enabled PSE mode
669                  */
670                 pseflag = PG_PS;
671                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
672                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
673                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
674                 pdir4mb = ptditmp;
675
676 #ifndef SMP
677                 /*
678                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
679                  * now because the APs will not be able to use it when
680                  * they boot up.
681                  */
682                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
683
684                 /*
685                  * We can do the mapping here for the single processor
686                  * case.  We simply ignore the old page table page from
687                  * now on.
688                  */
689                 /*
690                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
691                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
692                  */
693                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
694                 cpu_invltlb();
695 #endif
696         }
697 #endif
698 #ifdef SMP
699         if (cpu_apic_address == 0)
700                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
701 #endif
702
703         /*
704          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
705          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
706          * portion.
707          */
708         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
709         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
710         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
711         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
712         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
713         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
714         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
715         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
716         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
717         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
718
719         cpu_invltlb();
720 }
721
722 #ifdef SMP
723 /*
724  * Set 4mb pdir for mp startup
725  */
726 void
727 pmap_set_opt(void)
728 {
729         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
730                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
731                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
732                         cpu_invltlb();
733                 }
734         }
735 }
736 #endif
737
738 /*
739  *      Initialize the pmap module.
740  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
741  *      system needs to map virtual memory.
742  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
743  *      way, discontiguous physical memory.
744  */
745 void
746 pmap_init(void)
747 {
748         int i;
749         int initial_pvs;
750
751         /*
752          * object for kernel page table pages
753          */
754         /* JG I think the number can be arbitrary */
755         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
756
757         /*
758          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
759          * pv_head_table.
760          */
761
762         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
763                 vm_page_t m;
764
765                 m = &vm_page_array[i];
766                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
767                 m->md.pv_list_count = 0;
768         }
769
770         /*
771          * init the pv free list
772          */
773         initial_pvs = vm_page_array_size;
774         if (initial_pvs < MINPV)
775                 initial_pvs = MINPV;
776         pvzone = &pvzone_store;
777         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
778                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
779         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
780                 initial_pvs);
781
782         /*
783          * Now it is safe to enable pv_table recording.
784          */
785         pmap_initialized = TRUE;
786 #ifdef SMP
787         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
788 #endif
789 }
790
791 /*
792  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
793  * high water mark so that the system can recover from excessive
794  * numbers of pv entries.
795  */
796 void
797 pmap_init2(void)
798 {
799         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
800
801         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
802         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
803         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
804         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
805         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
806 }
807
808
809 /***************************************************
810  * Low level helper routines.....
811  ***************************************************/
812
813 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
814
815 /*
816  * This code checks for non-writeable/modified pages.
817  * This should be an invalid condition.
818  */
819 static
820 int
821 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
822 {
823         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
824                 return 1;
825         else
826                 return 0;
827 }
828 #endif
829
830
831 /*
832  * this routine defines the region(s) of memory that should
833  * not be tested for the modified bit.
834  */
835 static __inline
836 int
837 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
838 {
839         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
840                 return 1;
841         else
842                 return 0;
843 }
844
845 /*
846  * pmap_extract:
847  *
848  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
849  *
850  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
851  *      not kernel_pmap.
852  */
853 vm_paddr_t 
854 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
855 {
856         vm_paddr_t rtval;
857         pt_entry_t *pte;
858         pd_entry_t pde, *pdep;
859
860         rtval = 0;
861         pdep = pmap_pde(pmap, va);
862         if (pdep != NULL) {
863                 pde = *pdep;
864                 if (pde) {
865                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
866                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
867                         } else {
868                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
869                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
870                         }
871                 }
872         }
873         return rtval;
874 }
875
876 /*
877  *      Routine:        pmap_kextract
878  *      Function:
879  *              Extract the physical page address associated
880  *              kernel virtual address.
881  */
882 vm_paddr_t
883 pmap_kextract(vm_offset_t va)
884 {
885         pd_entry_t pde;
886         vm_paddr_t pa;
887
888         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
889                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
890         } else {
891                 pde = *vtopde(va);
892                 if (pde & PG_PS) {
893                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
894                 } else {
895                         /*
896                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
897                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
898                          * be used to access the PTE because it would use the
899                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
900                          * because the page table page is preserved by the
901                          * promotion.
902                          */
903                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
904                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
905                 }
906         }
907         return pa;
908 }
909
910 /***************************************************
911  * Low level mapping routines.....
912  ***************************************************/
913
914 /*
915  * Routine: pmap_kenter
916  * Function:
917  *      Add a wired page to the KVA
918  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
919  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
920  */
921 void 
922 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
923 {
924         pt_entry_t *pte;
925         pt_entry_t npte;
926         pmap_inval_info info;
927
928         pmap_inval_init(&info);
929         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
930         pte = vtopte(va);
931         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
932         *pte = npte;
933         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
934         pmap_inval_done(&info);
935 }
936
937 /*
938  * Routine: pmap_kenter_quick
939  * Function:
940  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
941  *      mapping on the current CPU.
942  */
943 void
944 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
945 {
946         pt_entry_t *pte;
947         pt_entry_t npte;
948
949         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
950         pte = vtopte(va);
951         *pte = npte;
952         cpu_invlpg((void *)va);
953 }
954
955 void
956 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
957 {
958         pmap_inval_info info;
959
960         pmap_inval_init(&info);
961         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
962         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
963         pmap_inval_done(&info);
964 }
965
966 void
967 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
968 {
969         cpu_invlpg((void *)va);
970 }
971
972 /*
973  * remove a page from the kernel pagetables
974  */
975 void
976 pmap_kremove(vm_offset_t va)
977 {
978         pt_entry_t *pte;
979         pmap_inval_info info;
980
981         pmap_inval_init(&info);
982         pte = vtopte(va);
983         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
984         *pte = 0;
985         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
986         pmap_inval_done(&info);
987 }
988
989 void
990 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
991 {
992         pt_entry_t *pte;
993         pte = vtopte(va);
994         *pte = 0;
995         cpu_invlpg((void *)va);
996 }
997
998 /*
999  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1000  */
1001 void
1002 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1003 {
1004         *vtopte(va) |= PG_RW;
1005         cpu_invlpg((void *)va);
1006 }
1007
1008 void
1009 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1010 {
1011         *vtopte(va) |= PG_N;
1012         cpu_invlpg((void *)va);
1013 }
1014
1015 /*
1016  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1017  *      virtual address space.
1018  *
1019  *      For now, VM is already on, we only need to map the
1020  *      specified memory.
1021  */
1022 vm_offset_t
1023 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1024 {
1025         return PHYS_TO_DMAP(start);
1026 }
1027
1028
1029 /*
1030  * Add a list of wired pages to the kva
1031  * this routine is only used for temporary
1032  * kernel mappings that do not need to have
1033  * page modification or references recorded.
1034  * Note that old mappings are simply written
1035  * over.  The page *must* be wired.
1036  */
1037 void
1038 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1039 {
1040         vm_offset_t end_va;
1041
1042         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1043                 
1044         while (va < end_va) {
1045                 pt_entry_t *pte;
1046
1047                 pte = vtopte(va);
1048                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1049                 cpu_invlpg((void *)va);
1050                 va += PAGE_SIZE;
1051                 m++;
1052         }
1053 #ifdef SMP
1054         smp_invltlb();  /* XXX */
1055 #endif
1056 }
1057
1058 /*
1059  * This routine jerks page mappings from the
1060  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1061  *
1062  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1063  */
1064 void
1065 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1066 {
1067         vm_offset_t end_va;
1068
1069         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1070
1071         while (va < end_va) {
1072                 pt_entry_t *pte;
1073
1074                 pte = vtopte(va);
1075                 *pte = 0;
1076                 cpu_invlpg((void *)va);
1077                 va += PAGE_SIZE;
1078         }
1079 #ifdef SMP
1080         smp_invltlb();
1081 #endif
1082 }
1083
1084 /*
1085  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1086  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1087  *
1088  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1089  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1090  * association remains valid on return.
1091  */
1092 static
1093 vm_page_t
1094 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1095 {
1096         vm_page_t m;
1097
1098         do {
1099                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1100         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1101
1102         return(m);
1103 }
1104
1105 /*
1106  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1107  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1108  */
1109 void
1110 pmap_init_thread(thread_t td)
1111 {
1112         /* enforce pcb placement */
1113         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1114         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1115         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1116 }
1117
1118 /*
1119  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1120  */
1121 void
1122 pmap_init_proc(struct proc *p)
1123 {
1124 }
1125
1126 /*
1127  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1128  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1129  */
1130 void
1131 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1132 {
1133         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1134 }
1135
1136 /***************************************************
1137  * Page table page management routines.....
1138  ***************************************************/
1139
1140 /*
1141  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1142  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1143  */
1144 static __inline
1145 int
1146 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1147                      pmap_inval_info_t info)
1148 {
1149         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1150         if (m->hold_count > 1) {
1151                 vm_page_unhold(m);
1152                 return 0;
1153         } else {
1154                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1155         }
1156 }
1157
1158 static
1159 int
1160 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1161                       pmap_inval_info_t info)
1162 {
1163         /* 
1164          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1165          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1166          * page so it cannot be freed out from under us.
1167          */
1168         if (m->flags & PG_BUSY) {
1169                 pmap_inval_flush(info);
1170                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1171                         ;
1172         }
1173         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1174                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1175
1176         /*
1177          * This case can occur if new references were acquired while
1178          * we were blocked.
1179          */
1180         if (m->hold_count > 1) {
1181                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1182                 vm_page_unhold(m);
1183                 return 0;
1184         }
1185
1186         /*
1187          * Unmap the page table page
1188          */
1189         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1190         vm_page_busy(m);
1191         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1192
1193         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1194                 /* PDP page */
1195                 pml4_entry_t *pml4;
1196                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1197                 *pml4 = 0;
1198         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1199                 /* PD page */
1200                 pdp_entry_t *pdp;
1201                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1202                 *pdp = 0;
1203         } else {
1204                 /* PT page */
1205                 pd_entry_t *pd;
1206                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1207                 *pd = 0;
1208         }
1209
1210         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1211         --pmap->pm_stats.resident_count;
1212
1213         if (pmap->pm_ptphint == m)
1214                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1215         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1216
1217         if (m->pindex < NUPDE) {
1218                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1219                 vm_page_t pdpg;
1220
1221                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1222                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1223         }
1224         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1225                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1226                 vm_page_t pdppg;
1227
1228                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1229                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1230         }
1231
1232         /*
1233          * This was our last hold, the page had better be unwired
1234          * after we decrement wire_count.
1235          *
1236          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1237          * multiple wire counts.
1238          */
1239         vm_page_unhold(m);
1240         --m->wire_count;
1241         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1242         --vmstats.v_wire_count;
1243         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1244         vm_page_flash(m);
1245         vm_page_free_zero(m);
1246
1247         return 1;
1248 }
1249
1250 /*
1251  * After removing a page table entry, this routine is used to
1252  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1253  */
1254 static
1255 int
1256 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1257                 pmap_inval_info_t info)
1258 {
1259         vm_pindex_t ptepindex;
1260
1261         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1262                 return 0;
1263
1264         if (mpte == NULL) {
1265                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1266 #if JGHINT
1267                 if (pmap->pm_ptphint &&
1268                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1269                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1270                 } else {
1271 #endif
1272                         pmap_inval_flush(info);
1273                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1274                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1275 #if JGHINT
1276                 }
1277 #endif
1278         }
1279         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1280 }
1281
1282 /*
1283  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1284  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1285  *
1286  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1287  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1288  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1289  */
1290 void
1291 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1292 {
1293         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1294         pmap->pm_count = 1;
1295         pmap->pm_active = 0;
1296         pmap->pm_ptphint = NULL;
1297         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1298         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1299 }
1300
1301 /*
1302  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1303  * such as one in a vmspace structure.
1304  */
1305 void
1306 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1307 {
1308         vm_page_t ptdpg;
1309
1310         /*
1311          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1312          * page directory table.
1313          */
1314         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1315                 pmap->pm_pml4 =
1316                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1317         }
1318
1319         /*
1320          * Allocate an object for the ptes
1321          */
1322         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1323                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1324
1325         /*
1326          * Allocate the page directory page, unless we already have
1327          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1328          * already be set appropriately.
1329          */
1330         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1331                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1332                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1333                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1334                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1335                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1336                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1337                         ++vmstats.v_wire_count;
1338                 ptdpg->wire_count = 1;
1339                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1340         }
1341         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1342                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1343
1344         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1345         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1346
1347         /* install self-referential address mapping entry */
1348         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1349
1350         pmap->pm_count = 1;
1351         pmap->pm_active = 0;
1352         pmap->pm_ptphint = NULL;
1353         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1354         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1355         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1356 }
1357
1358 /*
1359  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1360  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1361  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1362  * of cleanup work to do here.
1363  */
1364 void
1365 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1366 {
1367         vm_page_t p;
1368
1369         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1370         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1371                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1372                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1373                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1374                 p->wire_count--;
1375                 vmstats.v_wire_count--;
1376                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1377                 vm_page_busy(p);
1378                 vm_page_free_zero(p);
1379                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1380         }
1381         if (pmap->pm_pml4) {
1382                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1383                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1384                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1385         }
1386         if (pmap->pm_pteobj) {
1387                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1388                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1389         }
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1394  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1395  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1396  * then copies the template.
1397  */
1398 void
1399 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1400 {
1401         crit_enter();
1402         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1403         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1404         crit_exit();
1405 }
1406
1407 /*
1408  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1409  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1410  *
1411  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1412  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1413  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1414  */
1415 static
1416 int
1417 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1418 {
1419         /*
1420          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1421          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1422          * might as well be placed directly into the zero queue.
1423          */
1424         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1425                 return 0;
1426
1427         vm_page_busy(p);
1428
1429         /*
1430          * Remove the page table page from the processes address space.
1431          */
1432         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1433                 /*
1434                  * We are the pml4 table itself.
1435                  */
1436                 /* XXX anything to do here? */
1437         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1438                 /*
1439                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1440                  * hold counts on the PML4 page.
1441                  */
1442                 pml4_entry_t *pml4;
1443                 vm_page_t m4;
1444                 int idx;
1445
1446                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1447                 KKASSERT(m4 != NULL);
1448                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1449                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1450                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1451                 pml4[idx] = 0;
1452         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1453                 /*
1454                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1455                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1456                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1457                  * intact.
1458                  */
1459                 vm_page_t m3;
1460                 pdp_entry_t *pdp;
1461                 int idx;
1462
1463                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1464                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1465                 KKASSERT(m3 != NULL);
1466                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1467                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1468                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1469                 pdp[idx] = 0;
1470                 m3->hold_count--;
1471         } else {
1472                 /*
1473                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1474                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1475                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1476                  * intact.
1477                  */
1478                 vm_page_t m2;
1479                 pd_entry_t *pd;
1480                 int idx;
1481
1482                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1483                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1484                 KKASSERT(m2 != NULL);
1485                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1486                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1487                 pd[idx] = 0;
1488                 m2->hold_count--;
1489         }
1490
1491         /*
1492          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1493          * be zero.
1494          */
1495         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1496         --pmap->pm_stats.resident_count;
1497         if (p->hold_count)
1498                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1499         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1500                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1501
1502         /*
1503          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1504          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1505          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1506          */
1507         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1508                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1509                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1510                 vm_page_wakeup(p);
1511         } else {
1512                 p->wire_count--;
1513                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1514                 vmstats.v_wire_count--;
1515                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1516                 vm_page_free(p);
1517         }
1518         return 1;
1519 }
1520
1521 /*
1522  * This routine is called when various levels in the page table need to
1523  * be populated.  This routine cannot fail.
1524  */
1525 static
1526 vm_page_t
1527 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1528 {
1529         vm_page_t m;
1530
1531         /*
1532          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1533          */
1534         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1535                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1536         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1537                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1538         }
1539
1540         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1541                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1542
1543         /*
1544          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1545          * the caller.
1546          */
1547         m->hold_count++;
1548         if (m->wire_count++ == 0)
1549                 vmstats.v_wire_count++;
1550
1551         /*
1552          * Map the pagetable page into the process address space, if
1553          * it isn't already there.
1554          *
1555          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1556          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1557          * return the held page.
1558          */
1559         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1560                 /*
1561                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1562                  */
1563                 vm_pindex_t pml4index;
1564                 pml4_entry_t *pml4;
1565
1566                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1567                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1568                 if (*pml4 & PG_V) {
1569                         if (--m->wire_count == 0)
1570                                 --vmstats.v_wire_count;
1571                         vm_page_wakeup(m);
1572                         return(m);
1573                 }
1574                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1575         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1576                 /*
1577                  * Wire up a new PD page in the PDP
1578                  */
1579                 vm_pindex_t pml4index;
1580                 vm_pindex_t pdpindex;
1581                 vm_page_t pdppg;
1582                 pml4_entry_t *pml4;
1583                 pdp_entry_t *pdp;
1584
1585                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1586                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1587
1588                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1589                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1590                         /*
1591                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1592                          * This always succeeds.  Returned page will
1593                          * be held.
1594                          */
1595                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1596                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1597                 } else {
1598                         /*
1599                          * Add a held reference to the PDP page.
1600                          */
1601                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1602                         pdppg->hold_count++;
1603                 }
1604
1605                 /*
1606                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1607                  * has already been mapped unwind and return the
1608                  * already-mapped PDP held.
1609                  *
1610                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1611                  * each PD in the PDP).
1612                  */
1613                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1614                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1615                 if (*pdp & PG_V) {
1616                         vm_page_unhold(pdppg);
1617                         if (--m->wire_count == 0)
1618                                 --vmstats.v_wire_count;
1619                         vm_page_wakeup(m);
1620                         return(m);
1621                 }
1622                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1623         } else {
1624                 /*
1625                  * Wire up the new PT page in the PD
1626                  */
1627                 vm_pindex_t pml4index;
1628                 vm_pindex_t pdpindex;
1629                 pml4_entry_t *pml4;
1630                 pdp_entry_t *pdp;
1631                 pd_entry_t *pd;
1632                 vm_page_t pdpg;
1633
1634                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1635                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1636
1637                 /*
1638                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1639                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1640                  * to allocate them.
1641                  *
1642                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1643                  * on the PDP if necessary.
1644                  */
1645                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1646                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1647                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1648                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1649                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1650                 } else {
1651                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1652                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1653                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1654                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1655                         } else {
1656                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1657                                 pdpg->hold_count++;
1658                         }
1659                 }
1660
1661                 /*
1662                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1663                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1664                  * m, returning a held m.
1665                  *
1666                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1667                  * each PT in the PD).
1668                  */
1669                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1670                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1671                 if (*pd != 0) {
1672                         vm_page_unhold(pdpg);
1673                         if (--m->wire_count == 0)
1674                                 --vmstats.v_wire_count;
1675                         vm_page_wakeup(m);
1676                         return(m);
1677                 }
1678                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1679         }
1680
1681         /*
1682          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1683          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1684          */
1685         pmap->pm_ptphint = m;
1686         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1687
1688         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1689         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1690         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1691         vm_page_wakeup(m);
1692
1693         return (m);
1694 }
1695
1696 static
1697 vm_page_t
1698 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1699 {
1700         vm_pindex_t ptepindex;
1701         pd_entry_t *pd;
1702         vm_page_t m;
1703
1704         /*
1705          * Calculate pagetable page index
1706          */
1707         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1708
1709         /*
1710          * Get the page directory entry
1711          */
1712         pd = pmap_pde(pmap, va);
1713
1714         /*
1715          * This supports switching from a 2MB page to a
1716          * normal 4K page.
1717          */
1718         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1719                 panic("no promotion/demotion yet");
1720                 *pd = 0;
1721                 pd = NULL;
1722                 cpu_invltlb();
1723                 smp_invltlb();
1724         }
1725
1726         /*
1727          * If the page table page is mapped, we just increment the
1728          * hold count, and activate it.
1729          */
1730         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1731                 /* YYY hint is used here on i386 */
1732                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1733                 pmap->pm_ptphint = m;
1734                 m->hold_count++;
1735                 return m;
1736         }
1737         /*
1738          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1739          */
1740         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1741 }
1742
1743
1744 /***************************************************
1745  * Pmap allocation/deallocation routines.
1746  ***************************************************/
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 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1754
1755 void
1756 pmap_release(struct pmap *pmap)
1757 {
1758         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1759         struct rb_vm_page_scan_info info;
1760
1761         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1762 #if defined(DIAGNOSTIC)
1763         if (object->ref_count != 1)
1764                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1765 #endif
1766         
1767         info.pmap = pmap;
1768         info.object = object;
1769         crit_enter();
1770         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1771         crit_exit();
1772
1773         do {
1774                 crit_enter();
1775                 info.error = 0;
1776                 info.mpte = NULL;
1777                 info.limit = object->generation;
1778
1779                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1780                                         pmap_release_callback, &info);
1781                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1782                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1783                                 info.error = 1;
1784                 }
1785                 crit_exit();
1786         } while (info.error);
1787 }
1788
1789 static
1790 int
1791 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1792 {
1793         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1794
1795         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1796                 info->mpte = p;
1797                 return(0);
1798         }
1799         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1800                 info->error = 1;
1801                 return(-1);
1802         }
1803         if (info->object->generation != info->limit) {
1804                 info->error = 1;
1805                 return(-1);
1806         }
1807         return(0);
1808 }
1809
1810 /*
1811  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1812  */
1813 void
1814 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1815 {
1816         vm_paddr_t paddr;
1817         vm_offset_t ptppaddr;
1818         vm_page_t nkpg;
1819         pd_entry_t *pde, newpdir;
1820         pdp_entry_t newpdp;
1821
1822         crit_enter();
1823         if (kernel_vm_end == 0) {
1824                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1825                 nkpt = 0;
1826                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1827                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1828                         nkpt++;
1829                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1830                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1831                                 break;                       
1832                         }
1833                 }
1834         }
1835         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1836         if (addr - 1 >= kernel_map.max_offset)
1837                 addr = kernel_map.max_offset;
1838         while (kernel_vm_end < addr) {
1839                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
1840                 if (pde == NULL) {
1841                         /* We need a new PDP entry */
1842                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1843                                              VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM
1844                                              | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1845                         if (nkpg == NULL)
1846                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1847                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1848                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1849                                 pmap_zero_page(paddr);
1850                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1851                         newpdp = (pdp_entry_t)
1852                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1853                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1854                         nkpt++;
1855                         continue; /* try again */
1856                 }
1857                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1858                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1859                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1860                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1861                                 break;                       
1862                         }
1863                         continue;
1864                 }
1865
1866                 /*
1867                  * This index is bogus, but out of the way
1868                  */
1869                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1870                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1871                 if (nkpg == NULL)
1872                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1873
1874                 vm_page_wire(nkpg);
1875                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1876                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1877                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1878                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1879                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1880                 nkpt++;
1881
1882                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1883                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1884                         kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1885                         break;                       
1886                 }
1887         }
1888         crit_exit();
1889 }
1890
1891 /*
1892  *      Retire the given physical map from service.
1893  *      Should only be called if the map contains
1894  *      no valid mappings.
1895  */
1896 void
1897 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1898 {
1899         int count;
1900
1901         if (pmap == NULL)
1902                 return;
1903
1904         count = --pmap->pm_count;
1905         if (count == 0) {
1906                 pmap_release(pmap);
1907                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1908         }
1909 }
1910
1911 /*
1912  *      Add a reference to the specified pmap.
1913  */
1914 void
1915 pmap_reference(pmap_t pmap)
1916 {
1917         if (pmap != NULL) {
1918                 pmap->pm_count++;
1919         }
1920 }
1921
1922 /***************************************************
1923 * page management routines.
1924  ***************************************************/
1925
1926 /*
1927  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1928  * called from an interrupt.
1929  */
1930 static __inline
1931 void
1932 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1933 {
1934         pv_entry_count--;
1935         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
1936         zfree(pvzone, pv);
1937 }
1938
1939 /*
1940  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1941  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1942  */
1943 static
1944 pv_entry_t
1945 get_pv_entry(void)
1946 {
1947         pv_entry_count++;
1948         if (pv_entry_high_water &&
1949                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1950                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1951                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1952                 wakeup(&vm_pages_needed);
1953         }
1954         return zalloc(pvzone);
1955 }
1956
1957 /*
1958  * This routine is very drastic, but can save the system
1959  * in a pinch.
1960  */
1961 void
1962 pmap_collect(void)
1963 {
1964         int i;
1965         vm_page_t m;
1966         static int warningdone=0;
1967
1968         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1969                 return;
1970
1971         if (warningdone < 5) {
1972                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1973                 warningdone++;
1974         }
1975
1976         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1977                 m = &vm_page_array[i];
1978                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1979                     (m->flags & PG_BUSY))
1980                         continue;
1981                 pmap_remove_all(m);
1982         }
1983         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1984 }
1985         
1986
1987 /*
1988  * If it is the first entry on the list, it is actually
1989  * in the header and we must copy the following entry up
1990  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1991  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1992  */
1993 static
1994 int
1995 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
1996                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1997 {
1998         pv_entry_t pv;
1999         int rtval;
2000
2001         crit_enter();
2002         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2003                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2004                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2005                                 break;
2006                 }
2007         } else {
2008                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2009                         if (va == pv->pv_va) 
2010                                 break;
2011                 }
2012         }
2013
2014         rtval = 0;
2015         KKASSERT(pv);
2016
2017         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2018         m->md.pv_list_count--;
2019         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2020         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2021                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2022         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2023         ++pmap->pm_generation;
2024         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2025         free_pv_entry(pv);
2026
2027         crit_exit();
2028         return rtval;
2029 }
2030
2031 /*
2032  * Create a pv entry for page at pa for
2033  * (pmap, va).
2034  */
2035 static
2036 void
2037 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2038 {
2039         pv_entry_t pv;
2040
2041         crit_enter();
2042         pv = get_pv_entry();
2043         pv->pv_va = va;
2044         pv->pv_pmap = pmap;
2045         pv->pv_ptem = mpte;
2046
2047         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2048         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2049         ++pmap->pm_generation;
2050         m->md.pv_list_count++;
2051
2052         crit_exit();
2053 }
2054
2055 /*
2056  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2057  */
2058 static
2059 int
2060 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2061         pmap_inval_info_t info)
2062 {
2063         pt_entry_t oldpte;
2064         vm_page_t m;
2065
2066         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2067         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2068         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2069         if (oldpte & PG_W)
2070                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2071         /*
2072          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2073          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2074          * the SMP case.
2075          */
2076         if (oldpte & PG_G)
2077                 cpu_invlpg((void *)va);
2078         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2079         --pmap->pm_stats.resident_count;
2080         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2081                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2082                 if (oldpte & PG_M) {
2083 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2084                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2085                                 kprintf(
2086         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2087                                     va, oldpte);
2088                         }
2089 #endif
2090                         if (pmap_track_modified(va))
2091                                 vm_page_dirty(m);
2092                 }
2093                 if (oldpte & PG_A)
2094                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2095                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2096         } else {
2097                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2098         }
2099
2100         return 0;
2101 }
2102
2103 /*
2104  * pmap_remove_page:
2105  *
2106  *      Remove a single page from a process address space.
2107  *
2108  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2109  *      not kernel_pmap.
2110  */
2111 static
2112 void
2113 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2114 {
2115         pt_entry_t *pte;
2116
2117         pte = pmap_pte(pmap, va);
2118         if (pte == NULL)
2119                 return;
2120         if ((*pte & PG_V) == 0)
2121                 return;
2122         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2123 }
2124
2125 /*
2126  * pmap_remove:
2127  *
2128  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2129  *
2130  *      It is assumed that the start and end are properly
2131  *      rounded to the page size.
2132  *
2133  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2134  *      not kernel_pmap.
2135  */
2136 void
2137 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2138 {
2139         vm_offset_t va_next;
2140         pml4_entry_t *pml4e;
2141         pdp_entry_t *pdpe;
2142         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2143         pt_entry_t *pte;
2144         struct pmap_inval_info info;
2145
2146         if (pmap == NULL)
2147                 return;
2148
2149         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2150                 return;
2151
2152         pmap_inval_init(&info);
2153
2154         /*
2155          * special handling of removing one page.  a very
2156          * common operation and easy to short circuit some
2157          * code.
2158          */
2159         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2160                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2161                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2162                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2163                         pmap_inval_done(&info);
2164                         return;
2165                 }
2166         }
2167
2168         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2169                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2170                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2171                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2172                         if (va_next < sva)
2173                                 va_next = eva;
2174                         continue;
2175                 }
2176
2177                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2178                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2179                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2180                         if (va_next < sva)
2181                                 va_next = eva;
2182                         continue;
2183                 }
2184
2185                 /*
2186                  * Calculate index for next page table.
2187                  */
2188                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2189                 if (va_next < sva)
2190                         va_next = eva;
2191
2192                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2193                 ptpaddr = *pde;
2194
2195                 /*
2196                  * Weed out invalid mappings.
2197                  */
2198                 if (ptpaddr == 0)
2199                         continue;
2200
2201                 /*
2202                  * Check for large page.
2203                  */
2204                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2205                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2206                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2207                         *pde = 0;
2208                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2209                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2210                         continue;
2211                 }
2212
2213                 /*
2214                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2215                  * by the current page table page, or to the end of the
2216                  * range being removed.
2217                  */
2218                 if (va_next > eva)
2219                         va_next = eva;
2220
2221                 /*
2222                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2223                  */
2224                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2225                     sva += PAGE_SIZE) {
2226                         if (*pte == 0)
2227                                 continue;
2228                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2229                                 break;
2230                 }
2231         }
2232         pmap_inval_done(&info);
2233 }
2234
2235 /*
2236  * pmap_remove_all:
2237  *
2238  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2239  *      Reflects back modify bits to the pager.
2240  *
2241  *      This routine may not be called from an interrupt.
2242  */
2243
2244 static
2245 void
2246 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2247 {
2248         struct pmap_inval_info info;
2249         pt_entry_t *pte, tpte;
2250         pv_entry_t pv;
2251
2252         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2253                 return;
2254
2255         pmap_inval_init(&info);
2256         crit_enter();
2257         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2258                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2259                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2260
2261                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2262                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2263                 tpte = pte_load_clear(pte);
2264                 if (tpte & PG_W)
2265                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2266                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2267                 if (tpte & PG_A)
2268                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2269
2270                 /*
2271                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2272                  */
2273                 if (tpte & PG_M) {
2274 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2275                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2276                                 kprintf(
2277         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2278                                     pv->pv_va, tpte);
2279                         }
2280 #endif
2281                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2282                                 vm_page_dirty(m);
2283                 }
2284                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2285                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2286                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2287                 m->md.pv_list_count--;
2288                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2289                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2290                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2291                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2292                 free_pv_entry(pv);
2293         }
2294         crit_exit();
2295         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2296         pmap_inval_done(&info);
2297 }
2298
2299 /*
2300  * pmap_protect:
2301  *
2302  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2303  *      as requested.
2304  *
2305  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2306  *      not the kernel_pmap.
2307  */
2308 void
2309 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2310 {
2311         vm_offset_t va_next;
2312         pml4_entry_t *pml4e;
2313         pdp_entry_t *pdpe;
2314         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2315         pt_entry_t *pte;
2316         pmap_inval_info info;
2317
2318         /* JG review for NX */
2319
2320         if (pmap == NULL)
2321                 return;
2322
2323         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2324                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2325                 return;
2326         }
2327
2328         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2329                 return;
2330
2331         pmap_inval_init(&info);
2332
2333         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2334
2335                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2336                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2337                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2338                         if (va_next < sva)
2339                                 va_next = eva;
2340                         continue;
2341                 }
2342
2343                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2344                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2345                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2346                         if (va_next < sva)
2347                                 va_next = eva;
2348                         continue;
2349                 }
2350
2351                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2352                 if (va_next < sva)
2353                         va_next = eva;
2354
2355                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2356                 ptpaddr = *pde;
2357
2358                 /*
2359                  * Check for large page.
2360                  */
2361                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2362                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2363                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2364                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2365                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2366                         continue;
2367                 }
2368
2369                 /*
2370                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2371                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2372                  */
2373                 if (ptpaddr == 0)
2374                         continue;
2375
2376                 if (va_next > eva)
2377                         va_next = eva;
2378
2379                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2380                      sva += PAGE_SIZE) {
2381                         pt_entry_t pbits;
2382                         pt_entry_t cbits;
2383                         vm_page_t m;
2384
2385                         /*
2386                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2387                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2388                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2389                          * pmap_inval_add() call).
2390                          */
2391                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2392 again:
2393                         pbits = *pte;
2394                         cbits = pbits;
2395                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2396                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2397                                 continue;
2398                         }
2399                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2400                                 m = NULL;
2401                                 if (pbits & PG_A) {
2402                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2403                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2404                                         cbits &= ~PG_A;
2405                                 }
2406                                 if (pbits & PG_M) {
2407                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2408                                                 if (m == NULL)
2409                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2410                                                 vm_page_dirty(m);
2411                                                 cbits &= ~PG_M;
2412                                         }
2413                                 }
2414                         }
2415                         cbits &= ~PG_RW;
2416                         if (pbits != cbits &&
2417                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2418                                 goto again;
2419                         }
2420                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2421                 }
2422         }
2423         pmap_inval_done(&info);
2424 }
2425
2426 /*
2427  *      Insert the given physical page (p) at
2428  *      the specified virtual address (v) in the
2429  *      target physical map with the protection requested.
2430  *
2431  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2432  *      that the related pte can not be reclaimed.
2433  *
2434  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2435  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2436  *      insert this page into the given map NOW.
2437  */
2438 void
2439 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2440            boolean_t wired)
2441 {
2442         vm_paddr_t pa;
2443         pd_entry_t *pde;
2444         pt_entry_t *pte;
2445         vm_paddr_t opa;
2446         pt_entry_t origpte, newpte;
2447         vm_page_t mpte;
2448         pmap_inval_info info;
2449
2450         if (pmap == NULL)
2451                 return;
2452
2453         va = trunc_page(va);
2454 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2455         if (va >= KvaEnd)
2456                 panic("pmap_enter: toobig");
2457         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2458                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2459 #endif
2460         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2461                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2462 #ifdef DDB
2463                 db_print_backtrace();
2464 #endif
2465         }
2466         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2467                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2468 #ifdef DDB
2469                 db_print_backtrace();
2470 #endif
2471         }
2472
2473         /*
2474          * In the case that a page table page is not
2475          * resident, we are creating it here.
2476          */
2477         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2478                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2479         else
2480                 mpte = NULL;
2481
2482         pmap_inval_init(&info);
2483         pde = pmap_pde(pmap, va);
2484         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2485                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2486                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2487                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2488         } else
2489                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2490
2491         KKASSERT(pte != NULL);
2492         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2493         origpte = *pte;
2494         opa = origpte & PG_FRAME;
2495
2496         /*
2497          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2498          */
2499         if (origpte && (opa == pa)) {
2500                 /*
2501                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2502                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2503                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2504                  * the PT page will be also.
2505                  */
2506                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2507                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2508                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2509                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2510
2511 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2512                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2513                         kprintf(
2514         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2515                             va, origpte);
2516                 }
2517 #endif
2518
2519                 /*
2520                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2521                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2522                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2523                  * bits below.
2524                  */
2525                 if (mpte)
2526                         mpte->hold_count--;
2527
2528                 /*
2529                  * We might be turning off write access to the page,
2530                  * so we go ahead and sense modify status.
2531                  */
2532                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2533                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2534                                 vm_page_t om;
2535                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2536                                 vm_page_dirty(om);
2537                         }
2538                         pa |= PG_MANAGED;
2539                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2540                 }
2541                 goto validate;
2542         } 
2543         /*
2544          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2545          * handle validating new mapping.
2546          */
2547         while (opa) {
2548                 int err;
2549                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2550                 if (err)
2551                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2552                 origpte = *pte;
2553                 opa = origpte & PG_FRAME;
2554                 if (opa) {
2555                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2556                                 pmap, (void *)va);
2557                 }
2558         }
2559
2560         /*
2561          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2562          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2563          * called at interrupt time.
2564          */
2565         if (pmap_initialized && 
2566             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2567                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2568                 pa |= PG_MANAGED;
2569                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2570         }
2571
2572         /*
2573          * Increment counters
2574          */
2575         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2576         if (wired)
2577                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2578
2579 validate:
2580         /*
2581          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2582          */
2583         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2584
2585         if (wired)
2586                 newpte |= PG_W;
2587         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2588                 newpte |= PG_U;
2589         if (pmap == &kernel_pmap)
2590                 newpte |= pgeflag;
2591
2592         /*
2593          * if the mapping or permission bits are different, we need
2594          * to update the pte.
2595          */
2596         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2597                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2598                 *pte = newpte | PG_A;
2599                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2600                 if (newpte & PG_RW)
2601                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2602         }
2603         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2604         pmap_inval_done(&info);
2605 }
2606
2607 /*
2608  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2609  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2610  * VA.
2611  *
2612  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2613  */
2614 void
2615 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2616 {
2617         pt_entry_t *pte;
2618         vm_paddr_t pa;
2619         vm_page_t mpte;
2620         vm_pindex_t ptepindex;
2621         pd_entry_t *ptepa;
2622         pmap_inval_info info;
2623
2624         pmap_inval_init(&info);
2625
2626         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2627                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2628 #ifdef DDB
2629                 db_print_backtrace();
2630 #endif
2631         }
2632         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2633                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2634 #ifdef DDB
2635                 db_print_backtrace();
2636 #endif
2637         }
2638
2639         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2640
2641         /*
2642          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2643          *
2644          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2645          * section following.
2646          */
2647         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2648                 /*
2649                  * Calculate pagetable page index
2650                  */
2651                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2652
2653                 do {
2654                         /*
2655                          * Get the page directory entry
2656                          */
2657                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2658
2659                         /*
2660                          * If the page table page is mapped, we just increment
2661                          * the hold count, and activate it.
2662                          */
2663                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2664                                 if (*ptepa & PG_PS)
2665                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2666 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2667 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2668 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2669 //                              } else {
2670                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2671                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2672 //                              }
2673                                 if (mpte)
2674                                         mpte->hold_count++;
2675                         } else {
2676                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2677                         }
2678                 } while (mpte == NULL);
2679         } else {
2680                 mpte = NULL;
2681                 /* this code path is not yet used */
2682         }
2683
2684         /*
2685          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2686          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2687          * we do not disturb it.
2688          */
2689         pte = vtopte(va);
2690         if (*pte & PG_V) {
2691                 if (mpte)
2692                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2693                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2694                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2695                 pmap_inval_done(&info);
2696                 return;
2697         }
2698
2699         /*
2700          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2701          */
2702         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2703                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2704                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2705         }
2706
2707         /*
2708          * Increment counters
2709          */
2710         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2711
2712         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2713
2714         /*
2715          * Now validate mapping with RO protection
2716          */
2717         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2718                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2719         else
2720                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2721 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2722         pmap_inval_done(&info);
2723 }
2724
2725 /*
2726  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2727  * to be used for panic dumps.
2728  */
2729 /* JG Needed on x86_64? */
2730 void *
2731 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2732 {
2733         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2734         return ((void *)crashdumpmap);
2735 }
2736
2737 #define MAX_INIT_PT (96)
2738
2739 /*
2740  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2741  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2742  * immediately after an mmap.
2743  */
2744 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2745
2746 void
2747 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2748                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2749                     vm_size_t size, int limit)
2750 {
2751         struct rb_vm_page_scan_info info;
2752         struct lwp *lp;
2753         vm_size_t psize;
2754
2755         /*
2756          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2757          * or object.
2758          */
2759         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2760                 return;
2761
2762         /*
2763          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2764          */
2765         lp = curthread->td_lwp;
2766         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2767                 return;
2768
2769         psize = x86_64_btop(size);
2770
2771         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2772                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2773                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2774                 return;
2775         }
2776
2777         if (psize + pindex > object->size) {
2778                 if (object->size < pindex)
2779                         return;           
2780                 psize = object->size - pindex;
2781         }
2782
2783         if (psize == 0)
2784                 return;
2785
2786         /*
2787          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2788          * any valid pages found into the pmap.
2789          *
2790          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2791          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2792          */
2793         info.start_pindex = pindex;
2794         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2795         info.limit = limit;
2796         info.mpte = NULL;
2797         info.addr = addr;
2798         info.pmap = pmap;
2799
2800         crit_enter();
2801         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2802                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2803         crit_exit();
2804 }
2805
2806 static
2807 int
2808 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2809 {
2810         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2811         vm_pindex_t rel_index;
2812         /*
2813          * don't allow an madvise to blow away our really
2814          * free pages allocating pv entries.
2815          */
2816         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2817                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2818                     return(-1);
2819         }
2820         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2821             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2822                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2823                         vm_page_deactivate(p);
2824                 vm_page_busy(p);
2825                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2826                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2827                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2828                 vm_page_wakeup(p);
2829         }
2830         return(0);
2831 }
2832
2833 /*
2834  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2835  * pre-fault the specified address.
2836  *
2837  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2838  * pte is already loaded into the slot.
2839  */
2840 int
2841 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2842 {
2843         pt_entry_t *pte;
2844         pd_entry_t *pde;
2845
2846         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2847         if (pde == NULL || *pde == 0)
2848                 return(0);
2849
2850         pte = vtopte(addr);
2851         if (*pte)
2852                 return(0);
2853
2854         return(1);
2855 }
2856
2857 /*
2858  *      Routine:        pmap_change_wiring
2859  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2860  *                      pair.
2861  *      In/out conditions:
2862  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2863  */
2864 void
2865 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2866 {
2867         pt_entry_t *pte;
2868
2869         if (pmap == NULL)
2870                 return;
2871
2872         pte = pmap_pte(pmap, va);
2873
2874         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2875                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2876         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2877                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2878
2879         /*
2880          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2881          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2882          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2883          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2884          * wiring changes.
2885          */
2886 #ifdef SMP
2887         if (wired)
2888                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2889         else
2890                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2891 #else
2892         if (wired)
2893                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2894         else
2895                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2896 #endif
2897 }
2898
2899
2900
2901 /*
2902  *      Copy the range specified by src_addr/len
2903  *      from the source map to the range dst_addr/len
2904  *      in the destination map.
2905  *
2906  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2907  */
2908 void
2909 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2910           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2911 {
2912         return;
2913 #if 0
2914         pmap_inval_info info;
2915         vm_offset_t addr;
2916         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2917         vm_offset_t pdnxt;
2918         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
2919         vm_page_t m;
2920
2921         if (dst_addr != src_addr)
2922                 return;
2923 #if JGPMAP32
2924         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2925         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
2926                 return;
2927         }
2928
2929         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2930         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
2931                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2932                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2933                 cpu_invltlb();
2934         }
2935 #endif
2936         pmap_inval_init(&info);
2937         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2938         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2939
2940         /*
2941          * critical section protection is required to maintain the page/object
2942          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2943          * their objects.
2944          */
2945         crit_enter();
2946         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2947                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
2948                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2949                 vm_offset_t srcptepaddr;
2950                 vm_pindex_t ptepindex;
2951
2952                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2953                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2954
2955                 /*
2956                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2957                  * way below the low water mark of free pages or way
2958                  * above high water mark of used pv entries.
2959                  */
2960                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2961                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2962                         break;
2963                 
2964                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2965                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2966
2967 #if JGPMAP32
2968                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
2969 #endif
2970                 if (srcptepaddr == 0)
2971                         continue;
2972                         
2973                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
2974 #if JGPMAP32
2975                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
2976                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
2977                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
2978                         }
2979 #endif
2980                         continue;
2981                 }
2982
2983                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2984                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
2985                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
2986                         continue;
2987                 }
2988
2989                 if (pdnxt > end_addr)
2990                         pdnxt = end_addr;
2991
2992                 src_pte = vtopte(addr);
2993 #if JGPMAP32
2994                 dst_pte = avtopte(addr);
2995 #endif
2996                 while (addr < pdnxt) {
2997                         pt_entry_t ptetemp;
2998
2999                         ptetemp = *src_pte;
3000                         /*
3001                          * we only virtual copy managed pages
3002                          */
3003                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3004                                 /*
3005                                  * We have to check after allocpte for the
3006                                  * pte still being around...  allocpte can
3007                                  * block.
3008                                  *
3009                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3010                                  * our page directory mappings we stop.
3011                                  */
3012                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3013
3014 #if JGPMAP32
3015                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3016                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3017                                 ) {
3018                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3019                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3020                                         goto failed;
3021                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3022                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3023                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3024                                         /*
3025                                          * Clear the modified and
3026                                          * accessed (referenced) bits
3027                                          * during the copy.
3028                                          */
3029                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3030                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3031                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3032                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3033                                                 dstmpte, m);
3034                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3035                                 } else {
3036                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3037                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3038                                         goto failed;
3039                                 }
3040 #endif
3041                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3042                                         break;
3043                         }
3044                         addr += PAGE_SIZE;
3045                         src_pte++;
3046                         dst_pte++;
3047                 }
3048         }
3049 failed:
3050         crit_exit();
3051         pmap_inval_done(&info);
3052 #endif
3053 }       
3054
3055 /*
3056  * pmap_zero_page:
3057  *
3058  *      Zero the specified physical page.
3059  *
3060  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3061  *      required.
3062  */
3063 void
3064 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3065 {
3066         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3067
3068         pagezero((void *)va);
3069 }
3070
3071 /*
3072  * pmap_page_assertzero:
3073  *
3074  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3075  */
3076 void
3077 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3078 {
3079         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3080         int i;
3081
3082         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3083             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3084                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3085             }
3086         }
3087 }
3088
3089 /*
3090  * pmap_zero_page:
3091  *
3092  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3093  *      its contents with bzero.
3094  *
3095  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3096  */
3097 void
3098 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3099 {
3100         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3101
3102         bzero((char *)virt + off, size);
3103 }
3104
3105 /*
3106  * pmap_copy_page:
3107  *
3108  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3109  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3110  *      is required.
3111  */
3112 void
3113 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3114 {
3115         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3116
3117         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3118         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3119         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3120 }
3121
3122 /*
3123  * pmap_copy_page_frag:
3124  *
3125  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3126  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3127  *      is required.
3128  */
3129 void
3130 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3131 {
3132         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3133
3134         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3135         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3136
3137         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3138               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3139               bytes);
3140 }
3141
3142 /*
3143  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3144  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3145  * be changed upwards or downwards in the future; it
3146  * is only necessary that true be returned for a small
3147  * subset of pmaps for proper page aging.
3148  */
3149 boolean_t
3150 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3151 {
3152         pv_entry_t pv;
3153         int loops = 0;
3154
3155         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3156                 return FALSE;
3157
3158         crit_enter();
3159
3160         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3161                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3162                         crit_exit();
3163                         return TRUE;
3164                 }
3165                 loops++;
3166                 if (loops >= 16)
3167                         break;
3168         }
3169         crit_exit();
3170         return (FALSE);
3171 }
3172
3173 /*
3174  * Remove all pages from specified address space
3175  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3176  * is special cased for current process only, but
3177  * can have the more generic (and slightly slower)
3178  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3179  * in the case of running down an entire address space.
3180  */
3181 void
3182 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3183 {
3184         struct lwp *lp;
3185         pt_entry_t *pte, tpte;
3186         pv_entry_t pv, npv;
3187         vm_page_t m;
3188         pmap_inval_info info;
3189         int iscurrentpmap;
3190         int save_generation;
3191
3192         lp = curthread->td_lwp;
3193         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3194                 iscurrentpmap = 1;
3195         else
3196                 iscurrentpmap = 0;
3197
3198         pmap_inval_init(&info);
3199         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3200                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3201                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3202                         continue;
3203                 }
3204
3205                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3206
3207                 if (iscurrentpmap)
3208                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3209                 else
3210                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3211                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3212
3213                 /*
3214                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3215                  * at this time
3216                  */
3217                 if (*pte & PG_W) {
3218                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3219                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3220                         continue;
3221                 }
3222                 tpte = pte_load_clear(pte);
3223
3224                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3225
3226                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3227                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3228
3229                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3230                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3231                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3232
3233                 /*
3234                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3235                  */
3236                 if (tpte & PG_M) {
3237                         vm_page_dirty(m);
3238                 }
3239
3240                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3241                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3242                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3243
3244                 m->md.pv_list_count--;
3245                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3246                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3247                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3248
3249                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3250                 free_pv_entry(pv);
3251
3252                 /*
3253                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3254                  * calls and other removals were made.
3255                  */
3256                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3257                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3258                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3259                 }
3260         }
3261         pmap_inval_done(&info);
3262 }
3263
3264 /*
3265  * pmap_testbit tests bits in pte's
3266  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3267  * and a lot of things compile-time evaluate.
3268  */
3269 static
3270 boolean_t
3271 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3272 {
3273         pv_entry_t pv;
3274         pt_entry_t *pte;
3275
3276         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3277                 return FALSE;
3278
3279         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3280                 return FALSE;
3281
3282         crit_enter();
3283
3284         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3285                 /*
3286                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3287                  * mark clean_map and ptes as never
3288                  * modified.
3289                  */
3290                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3291                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3292                                 continue;
3293                 }
3294
3295 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3296                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3297                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3298                         continue;
3299                 }
3300 #endif
3301                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3302                 if (*pte & bit) {
3303                         crit_exit();
3304                         return TRUE;
3305                 }
3306         }
3307         crit_exit();
3308         return (FALSE);
3309 }
3310
3311 /*
3312  * this routine is used to modify bits in ptes
3313  */
3314 static __inline
3315 void
3316 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3317 {
3318         struct pmap_inval_info info;
3319         pv_entry_t pv;
3320         pt_entry_t *pte;
3321         pt_entry_t pbits;
3322
3323         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3324                 return;
3325
3326         pmap_inval_init(&info);
3327
3328         /*
3329          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3330          * setting RO do we need to clear the VAC?
3331          */
3332         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3333                 /*
3334                  * don't write protect pager mappings
3335                  */
3336                 if (bit == PG_RW) {
3337                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3338                                 continue;
3339                 }
3340
3341 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3342                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3343                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3344                         continue;
3345                 }
3346 #endif
3347
3348                 /*
3349                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3350                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3351                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3352                  *
3353                  * We do not have to force synchronization when clearing
3354                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3355                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3356                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3357                  */
3358                 if (bit & PG_RW)
3359                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3360                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3361 again:
3362                 pbits = *pte;
3363                 if (pbits & bit) {
3364                         if (bit == PG_RW) {
3365                                 if (pbits & PG_M) {
3366                                         vm_page_dirty(m);
3367                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3368                                 } else {
3369                                         /*
3370                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3371                                          * simultaniously with our clearing
3372                                          * of PG_RW.
3373                                          */
3374                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3375                                                                pbits & ~PG_RW))
3376                                                 goto again;
3377                                 }
3378                         } else if (bit == PG_M) {
3379                                 /*
3380                                  * We could also clear PG_RW here to force
3381                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3382                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3383                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3384                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3385                                  * virtual page tables.
3386                                  */
3387                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3388                         } else {
3389                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3390                         }
3391                 }
3392                 if (bit & PG_RW)
3393                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3394         }
3395         pmap_inval_done(&info);
3396 }
3397
3398 /*
3399  *      pmap_page_protect:
3400  *
3401  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3402  */
3403 void
3404 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3405 {
3406         /* JG NX support? */
3407         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3408                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3409                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3410                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3411                 } else {
3412                         pmap_remove_all(m);
3413                 }
3414         }
3415 }
3416
3417 vm_paddr_t
3418 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3419 {
3420         return (x86_64_ptob(ppn));
3421 }
3422
3423 /*
3424  *      pmap_ts_referenced:
3425  *
3426  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3427  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3428  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3429  *      reference bits set.
3430  *
3431  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3432  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3433  *      optimal aging of shared pages.
3434  */
3435 int
3436 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3437 {
3438         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3439         pt_entry_t *pte;
3440         int rtval = 0;
3441
3442         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3443                 return (rtval);
3444
3445         crit_enter();
3446
3447         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3448
3449                 pvf = pv;
3450
3451                 do {
3452                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3453
3454                         crit_enter();
3455                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3456                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3457                         crit_exit();
3458
3459                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3460                                 continue;
3461
3462                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3463
3464                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3465 #ifdef SMP
3466                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3467 #else
3468                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3469 #endif
3470                                 rtval++;
3471                                 if (rtval > 4) {
3472                                         break;
3473                                 }
3474                         }
3475                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3476         }
3477         crit_exit();
3478
3479         return (rtval);
3480 }
3481
3482 /*
3483  *      pmap_is_modified:
3484  *
3485  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3486  *      in any physical maps.
3487  */
3488 boolean_t
3489 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3490 {
3491         return pmap_testbit(m, PG_M);
3492 }
3493
3494 /*
3495  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3496  */
3497 void
3498 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3499 {
3500         pmap_clearbit(m, PG_M);
3501 }
3502
3503 /*
3504  *      pmap_clear_reference:
3505  *
3506  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3507  */
3508 void
3509 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3510 {
3511         pmap_clearbit(m, PG_A);
3512 }
3513
3514 /*
3515  * Miscellaneous support routines follow
3516  */
3517
3518 static
3519 void
3520 i386_protection_init(void)
3521 {
3522         int *kp, prot;
3523
3524         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3525         kp = protection_codes;
3526         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3527                 switch (prot) {
3528                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3529                         /*
3530                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3531                          * so just make it readable.
3532                          */
3533                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3534                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3535                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3536                         *kp++ = 0;
3537                         break;
3538                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3539                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3540                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3541                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3542                         *kp++ = PG_RW;
3543                         break;
3544                 }
3545         }
3546 }
3547
3548 /*
3549  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3550  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3551  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3552  * NOT real memory.
3553  *
3554  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3555  * a time.
3556  */
3557 void *
3558 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3559 {
3560         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3561         pt_entry_t *pte;
3562
3563         offset = pa & PAGE_MASK;
3564         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3565
3566         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3567         if (va == 0)
3568                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3569
3570         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3571         for (tmpva = va; size > 0;) {
3572                 pte = vtopte(tmpva);
3573                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3574                 size -= PAGE_SIZE;
3575                 tmpva += PAGE_SIZE;
3576                 pa += PAGE_SIZE;
3577         }
3578         cpu_invltlb();
3579         smp_invltlb();
3580
3581         return ((void *)(va + offset));
3582 }
3583
3584 void *
3585 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3586 {
3587         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3588         pt_entry_t *pte;
3589
3590         offset = pa & PAGE_MASK;
3591         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3592
3593         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3594         if (va == 0)
3595                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3596
3597         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3598         for (tmpva = va; size > 0;) {
3599                 pte = vtopte(tmpva);
3600                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3601                 size -= PAGE_SIZE;
3602                 tmpva += PAGE_SIZE;
3603                 pa += PAGE_SIZE;
3604         }
3605         cpu_invltlb();
3606         smp_invltlb();
3607
3608         return ((void *)(va + offset));
3609 }
3610
3611 void
3612 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3613 {
3614         vm_offset_t base, offset;
3615
3616         base = va & ~PAGE_MASK;
3617         offset = va & PAGE_MASK;
3618         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3619         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3620         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3621 }
3622
3623 /*
3624  * perform the pmap work for mincore
3625  */
3626 int
3627 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3628 {
3629         pt_entry_t *ptep, pte;
3630         vm_page_t m;
3631         int val = 0;
3632         
3633         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3634         if (ptep == 0) {
3635                 return 0;
3636         }
3637
3638         if ((pte = *ptep) != 0) {
3639                 vm_offset_t pa;
3640
3641                 val = MINCORE_INCORE;
3642                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3643                         return val;
3644
3645                 pa = pte & PG_FRAME;
3646
3647                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3648
3649                 /*
3650                  * Modified by us
3651                  */
3652                 if (pte & PG_M)
3653                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3654                 /*
3655                  * Modified by someone
3656                  */
3657                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3658                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3659                 /*
3660                  * Referenced by us
3661                  */
3662                 if (pte & PG_A)
3663                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3664
3665                 /*
3666                  * Referenced by someone
3667                  */
3668                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3669                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3670                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3671                 }
3672         } 
3673         return val;
3674 }
3675
3676 /*
3677  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3678  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3679  *
3680  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3681  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3682  */
3683 void
3684 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3685 {
3686         struct vmspace *oldvm;
3687         struct lwp *lp;
3688
3689         crit_enter();
3690         oldvm = p->p_vmspace;
3691         if (oldvm != newvm) {
3692                 p->p_vmspace = newvm;
3693                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3694                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3695                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3696                 if (adjrefs) {
3697                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3698                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3699                 }
3700         }
3701         crit_exit();
3702 }
3703
3704 /*
3705  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3706  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3707  * on a per-lwp basis.
3708  */
3709 void
3710 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3711 {
3712         struct vmspace *oldvm;
3713         struct pmap *pmap;
3714
3715         crit_enter();
3716         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3717
3718         if (oldvm != newvm) {
3719                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3720                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3721                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3722 #if defined(SMP)
3723                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3724                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3725                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3726 #else
3727                         pmap->pm_active |= 1;
3728 #endif
3729 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3730                         tlb_flush_count++;
3731 #endif
3732                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3733                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3734                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3735                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3736 #if defined(SMP)
3737                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3738 #else
3739                         pmap->pm_active &= ~1;
3740 #endif
3741                 }
3742         }
3743         crit_exit();
3744 }
3745
3746 #ifdef SMP
3747
3748 /*
3749  * Called when switching to a locked pmap
3750  */
3751 void
3752 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3753 {
3754         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3755
3756         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3757                 kprintf("Warning: pmap_interlock %p %08x\n",
3758                         pmap, pmap->pm_active);
3759                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3760                         cpu_pause();
3761                         cpu_ccfence();
3762                         lwkt_process_ipiq();
3763                 }
3764         }
3765 }
3766
3767 #endif
3768
3769 vm_offset_t
3770 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3771 {
3772
3773         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3774                 return addr;
3775         }
3776
3777         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3778         return addr;
3779 }