Merge branch 'master' of /home/www-data/gitweb/dragonfly
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
8  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
10  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
47  */
48
49 /*
50  *      Manages physical address maps.
51  *
52  *      In addition to hardware address maps, this
53  *      module is called upon to provide software-use-only
54  *      maps which may or may not be stored in the same
55  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
56  *      used to store intermediate results from copy
57  *      operations to and from address spaces.
58  *
59  *      Since the information managed by this module is
60  *      also stored by the logical address mapping module,
61  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
62  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
63  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
64  *      requested.
65  *
66  *      In order to cope with hardware architectures which
67  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
68  *      this module may delay invalidate or reduced protection
69  *      operations until such time as they are actually
70  *      necessary.  This module is given full information as
71  *      to which processors are currently using which maps,
72  *      and to when physical maps must be made correct.
73  */
74
75 #if JG
76 #include "opt_disable_pse.h"
77 #include "opt_pmap.h"
78 #endif
79 #include "opt_msgbuf.h"
80
81 #include <sys/param.h>
82 #include <sys/systm.h>
83 #include <sys/kernel.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/msgbuf.h>
86 #include <sys/vmmeter.h>
87 #include <sys/mman.h>
88
89 #include <vm/vm.h>
90 #include <vm/vm_param.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/lock.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_page.h>
95 #include <vm/vm_map.h>
96 #include <vm/vm_object.h>
97 #include <vm/vm_extern.h>
98 #include <vm/vm_pageout.h>
99 #include <vm/vm_pager.h>
100 #include <vm/vm_zone.h>
101
102 #include <sys/user.h>
103 #include <sys/thread2.h>
104 #include <sys/sysref2.h>
105
106 #include <machine/cputypes.h>
107 #include <machine/md_var.h>
108 #include <machine/specialreg.h>
109 #include <machine/smp.h>
110 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
111 #include <machine/globaldata.h>
112 #include <machine/pmap.h>
113 #include <machine/pmap_inval.h>
114
115 #include <ddb/ddb.h>
116
117 #define PMAP_KEEP_PDIRS
118 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
119 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
120 #endif
121
122 #if defined(DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_DIAGNOSTIC
124 #endif
125
126 #define MINPV 2048
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
155 vm_offset_t virtual2_end;
156 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
157 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
158 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
159 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
160 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
161 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
162 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
163 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
164
165 static vm_object_t kptobj;
166
167 static int ndmpdp;
168 static vm_paddr_t dmaplimit;
169 static int nkpt;
170 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
171
172 static uint64_t KPTbase;
173 static uint64_t KPTphys;
174 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
175 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
176 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
177 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
178
179 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
180 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
181
182 /*
183  * Data for the pv entry allocation mechanism
184  */
185 static vm_zone_t pvzone;
186 static struct vm_zone pvzone_store;
187 static struct vm_object pvzone_obj;
188 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
189 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
190 static struct pv_entry *pvinit;
191
192 /*
193  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
194  */
195 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
196 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
197 static pt_entry_t *msgbufmap;
198 struct msgbuf *msgbufp=0;
199
200 /*
201  * Crashdump maps.
202  */
203 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
204 static caddr_t crashdumpmap;
205
206 extern pt_entry_t *SMPpt;
207 extern uint64_t SMPptpa;
208
209 #define DISABLE_PSE
210
211 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
212 static void i386_protection_init (void);
213 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
214 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
215 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
216                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
217 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
218                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
219 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
220                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
221 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
222 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
223                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
224
225 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
226
227 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
228 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
229 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
230 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
231 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
232                                 pmap_inval_info_t info);
233 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
234 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
235
236 static unsigned pdir4mb;
237
238 /*
239  * Move the kernel virtual free pointer to the next
240  * 2MB.  This is used to help improve performance
241  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
242  * (.text, .data, .bss)
243  */
244 static
245 vm_offset_t
246 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
247 {
248         vm_offset_t newaddr = addr;
249
250         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
251         return newaddr;
252 }
253
254 /*
255  * pmap_pte_quick:
256  *
257  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
258  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
259  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
260  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
261  *
262  *      Should only be called while in a critical section.
263  */
264 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
265
266 static
267 pt_entry_t *
268 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
269 {
270         return pmap_pte(pmap, va);
271 }
272
273 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
274 static __inline
275 vm_pindex_t
276 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
277 {
278         return va >> PDRSHIFT;
279 }
280
281 /* Return various clipped indexes for a given VA */
282 static __inline
283 vm_pindex_t
284 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
285 {
286
287         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
288 }
289
290 static __inline
291 vm_pindex_t
292 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
293 {
294
295         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
296 }
297
298 static __inline
299 vm_pindex_t
300 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
301 {
302
303         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
304 }
305
306 static __inline
307 vm_pindex_t
308 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
309 {
310
311         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
312 }
313
314 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
315 static __inline
316 pml4_entry_t *
317 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
318 {
319
320         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
321 }
322
323 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
324 static __inline
325 pdp_entry_t *
326 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
327 {
328         pdp_entry_t *pdpe;
329
330         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
331         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
332 }
333
334 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
335 static __inline
336 pdp_entry_t *
337 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
338 {
339         pml4_entry_t *pml4e;
340
341         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
342         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
343                 return NULL;
344         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
345 }
346
347 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
348 static __inline
349 pd_entry_t *
350 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
351 {
352         pd_entry_t *pde;
353
354         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
355         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
356 }
357
358 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
359 static __inline
360 pd_entry_t *
361 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
362 {
363         pdp_entry_t *pdpe;
364
365         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
366         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
367                  return NULL;
368         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
369 }
370
371 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
372 static __inline
373 pt_entry_t *
374 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
375 {
376         pt_entry_t *pte;
377
378         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
379         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
380 }
381
382 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
383 static __inline
384 pt_entry_t *
385 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
386 {
387         pd_entry_t *pde;
388
389         pde = pmap_pde(pmap, va);
390         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
391                 return NULL;
392         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
393                 return ((pt_entry_t *)pde);
394         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
395 }
396
397 static __inline
398 pt_entry_t *
399 vtopte(vm_offset_t va)
400 {
401         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
402
403         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
404 }
405
406 static __inline
407 pd_entry_t *
408 vtopde(vm_offset_t va)
409 {
410         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
411
412         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
413 }
414
415 static uint64_t
416 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
417 {
418         uint64_t ret;
419
420         ret = *firstaddr;
421         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
422         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
423         return (ret);
424 }
425
426 static
427 void
428 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
429 {
430         int i;
431
432         /*
433          * We are running (mostly) V=P at this point
434          *
435          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
436          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
437          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
438          *
439          * Maxmem is in pages.
440          */
441         nkpt = (Maxmem * (sizeof(struct vm_page) * 2) + MSGBUF_SIZE) / NBPDR;
442
443         /*
444          * Allocate pages
445          */
446         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt);
447         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
448         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
449         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
450
451         /*
452          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
453          * that is where we start populating the page table pages.
454          * Basically this is the end - 2.
455          */
456         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
457         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
458
459         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
460         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
461                 ndmpdp = 4;
462         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
463         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
464                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
465         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
466
467         /*
468          * Fill in the underlying page table pages for the area around
469          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
470          *
471          * Read-only from zero to physfree
472          * XXX not fully used, underneath 2M pages
473          */
474         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
475                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
476                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
477         }
478
479         /*
480          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
481          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
482          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
483          * data, bss, and initial pre-allocations.
484          */
485         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
486                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
487                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
488         }
489         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
490                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
491                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
492         }
493
494         /*
495          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
496          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
497          * above in the KERNBASE area.
498          */
499         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
500                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
501                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
502         }
503
504         /*
505          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
506          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
507          */
508         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
509                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
510                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
511                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
512                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
513         }
514
515         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
516         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
517         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
518                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
519                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
520                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
521                             PG_G | PG_M | PG_A;
522                 }
523                 /* And the direct map space's PDP */
524                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
525                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
526                             (i << PAGE_SHIFT);
527                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
528                 }
529         } else {
530                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
531                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
532                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
533                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
534                             PG_G | PG_M | PG_A;
535                 }
536         }
537
538         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
539         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
540         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
541
542         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
543         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
544         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
545
546         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
547         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
548         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
549 }
550
551 /*
552  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
553  *
554  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
555  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
556  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
557  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
558  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
559  *      (physical) address starting relative to 0]
560  */
561 void
562 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
563 {
564         vm_offset_t va;
565         pt_entry_t *pte;
566         struct mdglobaldata *gd;
567         int pg;
568
569         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
570         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
571         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
572
573         avail_start = *firstaddr;
574
575         /*
576          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
577          */
578         create_pagetables(firstaddr);
579
580         virtual2_start = KvaStart;
581         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
582
583         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
584         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
585
586         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
587
588         /* XXX do %cr0 as well */
589         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
590         load_cr3(KPML4phys);
591
592         /*
593          * Initialize protection array.
594          */
595         i386_protection_init();
596
597         /*
598          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
599          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
600          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
601          */
602         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
603         kernel_pmap.pm_count = 1;
604         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
605         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
606
607         /*
608          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
609          * mapping of pages.
610          */
611 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
612         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
613
614         va = virtual_start;
615         pte = vtopte(va);
616
617         /*
618          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
619          */
620         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
621
622         /*
623          * Crashdump maps.
624          */
625         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
626
627         /*
628          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
629          * /dev/mem.
630          */
631         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
632
633         /*
634          * msgbufp is used to map the system message buffer.
635          * XXX msgbufmap is not used.
636          */
637         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
638                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
639
640         virtual_start = va;
641
642         *CMAP1 = 0;
643
644         /*
645          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
646          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
647          * works under UP because self-referential page table mappings
648          */
649 #ifdef SMP
650         pgeflag = 0;
651 #else
652         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
653                 pgeflag = PG_G;
654 #endif
655         
656 /*
657  * Initialize the 4MB page size flag
658  */
659         pseflag = 0;
660 /*
661  * The 4MB page version of the initial
662  * kernel page mapping.
663  */
664         pdir4mb = 0;
665
666 #if !defined(DISABLE_PSE)
667         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
668                 pt_entry_t ptditmp;
669                 /*
670                  * Note that we have enabled PSE mode
671                  */
672                 pseflag = PG_PS;
673                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
674                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
675                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
676                 pdir4mb = ptditmp;
677
678 #ifndef SMP
679                 /*
680                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
681                  * now because the APs will not be able to use it when
682                  * they boot up.
683                  */
684                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
685
686                 /*
687                  * We can do the mapping here for the single processor
688                  * case.  We simply ignore the old page table page from
689                  * now on.
690                  */
691                 /*
692                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
693                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
694                  */
695                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
696                 cpu_invltlb();
697 #endif
698         }
699 #endif
700
701         /*
702          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
703          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
704          * portion.
705          */
706         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
707         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
708         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
709         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
710         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
711         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
712         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
713         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
714         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
715         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
716
717         cpu_invltlb();
718 }
719
720 #ifdef SMP
721 /*
722  * Set 4mb pdir for mp startup
723  */
724 void
725 pmap_set_opt(void)
726 {
727         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
728                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
729                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
730                         cpu_invltlb();
731                 }
732         }
733 }
734 #endif
735
736 /*
737  *      Initialize the pmap module.
738  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
739  *      system needs to map virtual memory.
740  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
741  *      way, discontiguous physical memory.
742  */
743 void
744 pmap_init(void)
745 {
746         int i;
747         int initial_pvs;
748
749         /*
750          * object for kernel page table pages
751          */
752         /* JG I think the number can be arbitrary */
753         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
754
755         /*
756          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
757          * pv_head_table.
758          */
759
760         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
761                 vm_page_t m;
762
763                 m = &vm_page_array[i];
764                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
765                 m->md.pv_list_count = 0;
766         }
767
768         /*
769          * init the pv free list
770          */
771         initial_pvs = vm_page_array_size;
772         if (initial_pvs < MINPV)
773                 initial_pvs = MINPV;
774         pvzone = &pvzone_store;
775         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
776                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
777         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
778                   pvinit, initial_pvs);
779
780         /*
781          * Now it is safe to enable pv_table recording.
782          */
783         pmap_initialized = TRUE;
784 #ifdef SMP
785         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
786 #endif
787 }
788
789 /*
790  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
791  * high water mark so that the system can recover from excessive
792  * numbers of pv entries.
793  */
794 void
795 pmap_init2(void)
796 {
797         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
798         int entry_max;
799
800         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
801         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
802         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
803         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
804
805         /*
806          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
807          */
808         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
809         if (entry_max <= 0)
810                 entry_max = 1;
811
812         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
813 }
814
815
816 /***************************************************
817  * Low level helper routines.....
818  ***************************************************/
819
820 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
821
822 /*
823  * This code checks for non-writeable/modified pages.
824  * This should be an invalid condition.
825  */
826 static
827 int
828 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
829 {
830         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
831                 return 1;
832         else
833                 return 0;
834 }
835 #endif
836
837
838 /*
839  * this routine defines the region(s) of memory that should
840  * not be tested for the modified bit.
841  */
842 static __inline
843 int
844 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
845 {
846         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
847                 return 1;
848         else
849                 return 0;
850 }
851
852 /*
853  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
854  *
855  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
856  */
857 vm_paddr_t 
858 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
859 {
860         vm_paddr_t rtval;
861         pt_entry_t *pte;
862         pd_entry_t pde, *pdep;
863
864         lwkt_gettoken(&vm_token);
865         rtval = 0;
866         pdep = pmap_pde(pmap, va);
867         if (pdep != NULL) {
868                 pde = *pdep;
869                 if (pde) {
870                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
871                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
872                         } else {
873                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
874                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
875                         }
876                 }
877         }
878         lwkt_reltoken(&vm_token);
879         return rtval;
880 }
881
882 /*
883  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
884  */
885 vm_paddr_t
886 pmap_kextract(vm_offset_t va)
887 {
888         pd_entry_t pde;
889         vm_paddr_t pa;
890
891         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
892                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
893         } else {
894                 pde = *vtopde(va);
895                 if (pde & PG_PS) {
896                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
897                 } else {
898                         /*
899                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
900                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
901                          * be used to access the PTE because it would use the
902                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
903                          * because the page table page is preserved by the
904                          * promotion.
905                          */
906                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
907                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
908                 }
909         }
910         return pa;
911 }
912
913 /***************************************************
914  * Low level mapping routines.....
915  ***************************************************/
916
917 /*
918  * Routine: pmap_kenter
919  * Function:
920  *      Add a wired page to the KVA
921  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
922  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
923  */
924 void 
925 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
926 {
927         pt_entry_t *pte;
928         pt_entry_t npte;
929         pmap_inval_info info;
930
931         pmap_inval_init(&info);
932         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
933         pte = vtopte(va);
934         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
935         *pte = npte;
936         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
937         pmap_inval_done(&info);
938 }
939
940 /*
941  * Routine: pmap_kenter_quick
942  * Function:
943  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
944  *      mapping on the current CPU.
945  */
946 void
947 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
948 {
949         pt_entry_t *pte;
950         pt_entry_t npte;
951
952         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
953         pte = vtopte(va);
954         *pte = npte;
955         cpu_invlpg((void *)va);
956 }
957
958 void
959 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
960 {
961         pmap_inval_info info;
962
963         pmap_inval_init(&info);
964         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
965         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
966         pmap_inval_done(&info);
967 }
968
969 void
970 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
971 {
972         cpu_invlpg((void *)va);
973 }
974
975 /*
976  * remove a page from the kernel pagetables
977  */
978 void
979 pmap_kremove(vm_offset_t va)
980 {
981         pt_entry_t *pte;
982         pmap_inval_info info;
983
984         pmap_inval_init(&info);
985         pte = vtopte(va);
986         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
987         *pte = 0;
988         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
989         pmap_inval_done(&info);
990 }
991
992 void
993 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
994 {
995         pt_entry_t *pte;
996         pte = vtopte(va);
997         *pte = 0;
998         cpu_invlpg((void *)va);
999 }
1000
1001 /*
1002  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1003  */
1004 void
1005 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1006 {
1007         *vtopte(va) |= PG_RW;
1008         cpu_invlpg((void *)va);
1009 }
1010
1011 void
1012 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1013 {
1014         *vtopte(va) |= PG_N;
1015         cpu_invlpg((void *)va);
1016 }
1017
1018 /*
1019  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1020  * address space during the low level boot, typically to map the
1021  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1022  *
1023  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1024  * kernel text+data.
1025  *
1026  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1027  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1028  * have access to the related pointers.
1029  */
1030 vm_offset_t
1031 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1032 {
1033         vm_offset_t va;
1034         vm_offset_t va_start;
1035
1036         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1037
1038         va_start = *virtp;
1039         va = va_start;
1040
1041         while (start < end) {
1042                 pmap_kenter_quick(va, start);
1043                 va += PAGE_SIZE;
1044                 start += PAGE_SIZE;
1045         }
1046         *virtp = va;
1047         return va_start;
1048 }
1049
1050
1051 /*
1052  * Add a list of wired pages to the kva
1053  * this routine is only used for temporary
1054  * kernel mappings that do not need to have
1055  * page modification or references recorded.
1056  * Note that old mappings are simply written
1057  * over.  The page *must* be wired.
1058  */
1059 void
1060 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1061 {
1062         vm_offset_t end_va;
1063
1064         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1065                 
1066         while (va < end_va) {
1067                 pt_entry_t *pte;
1068
1069                 pte = vtopte(va);
1070                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1071                 cpu_invlpg((void *)va);
1072                 va += PAGE_SIZE;
1073                 m++;
1074         }
1075 #ifdef SMP
1076         smp_invltlb();  /* XXX */
1077 #endif
1078 }
1079
1080 /*
1081  * This routine jerks page mappings from the
1082  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1083  *
1084  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1085  */
1086 void
1087 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1088 {
1089         vm_offset_t end_va;
1090
1091         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1092
1093         while (va < end_va) {
1094                 pt_entry_t *pte;
1095
1096                 pte = vtopte(va);
1097                 *pte = 0;
1098                 cpu_invlpg((void *)va);
1099                 va += PAGE_SIZE;
1100         }
1101 #ifdef SMP
1102         smp_invltlb();
1103 #endif
1104 }
1105
1106 /*
1107  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1108  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1109  *
1110  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1111  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1112  * association remains valid on return.
1113  */
1114 static
1115 vm_page_t
1116 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1117 {
1118         vm_page_t m;
1119
1120         do {
1121                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1122         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1123
1124         return(m);
1125 }
1126
1127 /*
1128  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1129  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1130  */
1131 void
1132 pmap_init_thread(thread_t td)
1133 {
1134         /* enforce pcb placement */
1135         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1136         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1137         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1138 }
1139
1140 /*
1141  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1142  */
1143 void
1144 pmap_init_proc(struct proc *p)
1145 {
1146 }
1147
1148 /*
1149  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1150  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1151  */
1152 void
1153 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1154 {
1155         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1156 }
1157
1158 /***************************************************
1159  * Page table page management routines.....
1160  ***************************************************/
1161
1162 /*
1163  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1164  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1165  */
1166 static __inline
1167 int
1168 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1169                      pmap_inval_info_t info)
1170 {
1171         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1172         if (m->hold_count > 1) {
1173                 vm_page_unhold(m);
1174                 return 0;
1175         } else {
1176                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1177         }
1178 }
1179
1180 static
1181 int
1182 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1183                       pmap_inval_info_t info)
1184 {
1185         /* 
1186          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1187          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1188          * page so it cannot be freed out from under us.
1189          */
1190         if (m->flags & PG_BUSY) {
1191                 pmap_inval_flush(info);
1192                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1193                         ;
1194         }
1195         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1196                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1197
1198         /*
1199          * This case can occur if new references were acquired while
1200          * we were blocked.
1201          */
1202         if (m->hold_count > 1) {
1203                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1204                 vm_page_unhold(m);
1205                 return 0;
1206         }
1207
1208         /*
1209          * Unmap the page table page
1210          */
1211         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1212         vm_page_busy(m);
1213         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1214
1215         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1216                 /* PDP page */
1217                 pml4_entry_t *pml4;
1218                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1219                 *pml4 = 0;
1220         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1221                 /* PD page */
1222                 pdp_entry_t *pdp;
1223                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1224                 *pdp = 0;
1225         } else {
1226                 /* PT page */
1227                 pd_entry_t *pd;
1228                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1229                 *pd = 0;
1230         }
1231
1232         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1233         --pmap->pm_stats.resident_count;
1234
1235         if (pmap->pm_ptphint == m)
1236                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1237         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1238
1239         if (m->pindex < NUPDE) {
1240                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1241                 vm_page_t pdpg;
1242
1243                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1244                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1245         }
1246         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1247                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1248                 vm_page_t pdppg;
1249
1250                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1251                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1252         }
1253
1254         /*
1255          * This was our last hold, the page had better be unwired
1256          * after we decrement wire_count.
1257          *
1258          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1259          * multiple wire counts.
1260          */
1261         vm_page_unhold(m);
1262         --m->wire_count;
1263         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1264         --vmstats.v_wire_count;
1265         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1266         vm_page_flash(m);
1267         vm_page_free_zero(m);
1268
1269         return 1;
1270 }
1271
1272 /*
1273  * After removing a page table entry, this routine is used to
1274  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1275  */
1276 static
1277 int
1278 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1279                 pmap_inval_info_t info)
1280 {
1281         vm_pindex_t ptepindex;
1282
1283         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1284                 return 0;
1285
1286         if (mpte == NULL) {
1287                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1288 #if JGHINT
1289                 if (pmap->pm_ptphint &&
1290                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1291                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1292                 } else {
1293 #endif
1294                         pmap_inval_flush(info);
1295                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1296                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1297 #if JGHINT
1298                 }
1299 #endif
1300         }
1301         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1302 }
1303
1304 /*
1305  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1306  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1307  *
1308  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1309  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1310  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1311  */
1312 void
1313 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1314 {
1315         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1316         pmap->pm_count = 1;
1317         pmap->pm_active = 0;
1318         pmap->pm_ptphint = NULL;
1319         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1320         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1325  * such as one in a vmspace structure.
1326  */
1327 void
1328 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1329 {
1330         vm_page_t ptdpg;
1331
1332         /*
1333          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1334          * page directory table.
1335          */
1336         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1337                 pmap->pm_pml4 =
1338                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1339         }
1340
1341         /*
1342          * Allocate an object for the ptes
1343          */
1344         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1345                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1346
1347         /*
1348          * Allocate the page directory page, unless we already have
1349          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1350          * already be set appropriately.
1351          */
1352         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1353                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1354                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1355                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1356                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1357                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1358                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1359                         ++vmstats.v_wire_count;
1360                 ptdpg->wire_count = 1;
1361                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1362         }
1363         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1364                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1365
1366         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1367         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1368
1369         /* install self-referential address mapping entry */
1370         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1371
1372         pmap->pm_count = 1;
1373         pmap->pm_active = 0;
1374         pmap->pm_ptphint = NULL;
1375         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1376         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1377         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1378 }
1379
1380 /*
1381  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1382  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1383  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1384  * of cleanup work to do here.
1385  */
1386 void
1387 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1388 {
1389         vm_page_t p;
1390
1391         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1392         lwkt_gettoken(&vm_token);
1393         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1394                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1395                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1396                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1397                 p->wire_count--;
1398                 vmstats.v_wire_count--;
1399                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1400                 vm_page_busy(p);
1401                 vm_page_free_zero(p);
1402                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1403         }
1404         if (pmap->pm_pml4) {
1405                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1406                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1407                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1408         }
1409         if (pmap->pm_pteobj) {
1410                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1411                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1412         }
1413         lwkt_reltoken(&vm_token);
1414 }
1415
1416 /*
1417  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1418  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1419  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1420  * then copies the template.
1421  */
1422 void
1423 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1424 {
1425         crit_enter();
1426         lwkt_gettoken(&vm_token);
1427         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1428         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1429         lwkt_reltoken(&vm_token);
1430         crit_exit();
1431 }
1432
1433 /*
1434  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1435  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1436  *
1437  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1438  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1439  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1440  */
1441 static
1442 int
1443 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1444 {
1445         /*
1446          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1447          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1448          * might as well be placed directly into the zero queue.
1449          */
1450         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1451                 return 0;
1452
1453         vm_page_busy(p);
1454
1455         /*
1456          * Remove the page table page from the processes address space.
1457          */
1458         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1459                 /*
1460                  * We are the pml4 table itself.
1461                  */
1462                 /* XXX anything to do here? */
1463         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1464                 /*
1465                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1466                  * hold counts on the PML4 page.
1467                  */
1468                 pml4_entry_t *pml4;
1469                 vm_page_t m4;
1470                 int idx;
1471
1472                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1473                 KKASSERT(m4 != NULL);
1474                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1475                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1476                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1477                 pml4[idx] = 0;
1478         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1479                 /*
1480                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1481                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1482                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1483                  * intact.
1484                  */
1485                 vm_page_t m3;
1486                 pdp_entry_t *pdp;
1487                 int idx;
1488
1489                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1490                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1491                 KKASSERT(m3 != NULL);
1492                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1493                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1494                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1495                 pdp[idx] = 0;
1496                 m3->hold_count--;
1497         } else {
1498                 /*
1499                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1500                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1501                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1502                  * intact.
1503                  */
1504                 vm_page_t m2;
1505                 pd_entry_t *pd;
1506                 int idx;
1507
1508                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1509                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1510                 KKASSERT(m2 != NULL);
1511                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1512                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1513                 pd[idx] = 0;
1514                 m2->hold_count--;
1515         }
1516
1517         /*
1518          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1519          * be zero.
1520          */
1521         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1522         --pmap->pm_stats.resident_count;
1523         if (p->hold_count)
1524                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1525         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1526                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1527
1528         /*
1529          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1530          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1531          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1532          */
1533         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1534                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1535                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1536                 vm_page_wakeup(p);
1537         } else {
1538                 p->wire_count--;
1539                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1540                 vmstats.v_wire_count--;
1541                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1542                 vm_page_free(p);
1543         }
1544         return 1;
1545 }
1546
1547 /*
1548  * This routine is called when various levels in the page table need to
1549  * be populated.  This routine cannot fail.
1550  */
1551 static
1552 vm_page_t
1553 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1554 {
1555         vm_page_t m;
1556
1557         /*
1558          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1559          */
1560         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1561                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1562         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1563                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1564         }
1565
1566         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1567                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1568
1569         /*
1570          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1571          * the caller.
1572          */
1573         m->hold_count++;
1574         if (m->wire_count++ == 0)
1575                 vmstats.v_wire_count++;
1576
1577         /*
1578          * Map the pagetable page into the process address space, if
1579          * it isn't already there.
1580          *
1581          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1582          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1583          * return the held page.
1584          */
1585         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1586                 /*
1587                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1588                  */
1589                 vm_pindex_t pml4index;
1590                 pml4_entry_t *pml4;
1591
1592                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1593                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1594                 if (*pml4 & PG_V) {
1595                         if (--m->wire_count == 0)
1596                                 --vmstats.v_wire_count;
1597                         vm_page_wakeup(m);
1598                         return(m);
1599                 }
1600                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1601         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1602                 /*
1603                  * Wire up a new PD page in the PDP
1604                  */
1605                 vm_pindex_t pml4index;
1606                 vm_pindex_t pdpindex;
1607                 vm_page_t pdppg;
1608                 pml4_entry_t *pml4;
1609                 pdp_entry_t *pdp;
1610
1611                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1612                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1613
1614                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1615                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1616                         /*
1617                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1618                          * This always succeeds.  Returned page will
1619                          * be held.
1620                          */
1621                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1622                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1623                 } else {
1624                         /*
1625                          * Add a held reference to the PDP page.
1626                          */
1627                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1628                         pdppg->hold_count++;
1629                 }
1630
1631                 /*
1632                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1633                  * has already been mapped unwind and return the
1634                  * already-mapped PDP held.
1635                  *
1636                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1637                  * each PD in the PDP).
1638                  */
1639                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1640                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1641                 if (*pdp & PG_V) {
1642                         vm_page_unhold(pdppg);
1643                         if (--m->wire_count == 0)
1644                                 --vmstats.v_wire_count;
1645                         vm_page_wakeup(m);
1646                         return(m);
1647                 }
1648                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1649         } else {
1650                 /*
1651                  * Wire up the new PT page in the PD
1652                  */
1653                 vm_pindex_t pml4index;
1654                 vm_pindex_t pdpindex;
1655                 pml4_entry_t *pml4;
1656                 pdp_entry_t *pdp;
1657                 pd_entry_t *pd;
1658                 vm_page_t pdpg;
1659
1660                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1661                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1662
1663                 /*
1664                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1665                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1666                  * to allocate them.
1667                  *
1668                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1669                  * on the PDP if necessary.
1670                  */
1671                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1672                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1673                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1674                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1675                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1676                 } else {
1677                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1678                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1679                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1680                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1681                         } else {
1682                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1683                                 pdpg->hold_count++;
1684                         }
1685                 }
1686
1687                 /*
1688                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1689                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1690                  * m, returning a held m.
1691                  *
1692                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1693                  * each PT in the PD).
1694                  */
1695                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1696                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1697                 if (*pd != 0) {
1698                         vm_page_unhold(pdpg);
1699                         if (--m->wire_count == 0)
1700                                 --vmstats.v_wire_count;
1701                         vm_page_wakeup(m);
1702                         return(m);
1703                 }
1704                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1705         }
1706
1707         /*
1708          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1709          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1710          */
1711         pmap->pm_ptphint = m;
1712         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1713
1714         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1715         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1716         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1717         vm_page_wakeup(m);
1718
1719         return (m);
1720 }
1721
1722 static
1723 vm_page_t
1724 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1725 {
1726         vm_pindex_t ptepindex;
1727         pd_entry_t *pd;
1728         vm_page_t m;
1729
1730         /*
1731          * Calculate pagetable page index
1732          */
1733         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1734
1735         /*
1736          * Get the page directory entry
1737          */
1738         pd = pmap_pde(pmap, va);
1739
1740         /*
1741          * This supports switching from a 2MB page to a
1742          * normal 4K page.
1743          */
1744         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1745                 panic("no promotion/demotion yet");
1746                 *pd = 0;
1747                 pd = NULL;
1748                 cpu_invltlb();
1749                 smp_invltlb();
1750         }
1751
1752         /*
1753          * If the page table page is mapped, we just increment the
1754          * hold count, and activate it.
1755          */
1756         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1757                 /* YYY hint is used here on i386 */
1758                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1759                 pmap->pm_ptphint = m;
1760                 m->hold_count++;
1761                 return m;
1762         }
1763         /*
1764          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1765          */
1766         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1767 }
1768
1769
1770 /***************************************************
1771  * Pmap allocation/deallocation routines.
1772  ***************************************************/
1773
1774 /*
1775  * Release any resources held by the given physical map.
1776  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1777  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1778  */
1779 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1780
1781 void
1782 pmap_release(struct pmap *pmap)
1783 {
1784         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1785         struct rb_vm_page_scan_info info;
1786
1787         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1788 #if defined(DIAGNOSTIC)
1789         if (object->ref_count != 1)
1790                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1791 #endif
1792         
1793         info.pmap = pmap;
1794         info.object = object;
1795         crit_enter();
1796         lwkt_gettoken(&vm_token);
1797         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1798         crit_exit();
1799
1800         do {
1801                 crit_enter();
1802                 info.error = 0;
1803                 info.mpte = NULL;
1804                 info.limit = object->generation;
1805
1806                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1807                                         pmap_release_callback, &info);
1808                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1809                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1810                                 info.error = 1;
1811                 }
1812                 crit_exit();
1813         } while (info.error);
1814         lwkt_reltoken(&vm_token);
1815 }
1816
1817 static
1818 int
1819 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1820 {
1821         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1822
1823         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1824                 info->mpte = p;
1825                 return(0);
1826         }
1827         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1828                 info->error = 1;
1829                 return(-1);
1830         }
1831         if (info->object->generation != info->limit) {
1832                 info->error = 1;
1833                 return(-1);
1834         }
1835         return(0);
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1840  *
1841  * This routine is always called to validate any address space
1842  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
1843  * space below KERNBASE.
1844  */
1845 void
1846 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
1847 {
1848         vm_paddr_t paddr;
1849         vm_offset_t ptppaddr;
1850         vm_page_t nkpg;
1851         pd_entry_t *pde, newpdir;
1852         pdp_entry_t newpdp;
1853         int update_kernel_vm_end;
1854
1855         crit_enter();
1856         lwkt_gettoken(&vm_token);
1857
1858         /*
1859          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
1860          */
1861         if (kernel_vm_end == 0) {
1862                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1863                 nkpt = 0;
1864                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1865                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1866                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1867                         nkpt++;
1868                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1869                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1870                                 break;                       
1871                         }
1872                 }
1873         }
1874
1875         /*
1876          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
1877          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
1878          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
1879          */
1880         if (kstart < KERNBASE) {
1881                 if (kstart > kernel_vm_end)
1882                         kstart = kernel_vm_end;
1883                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
1884                 update_kernel_vm_end = 1;
1885         } else {
1886                 update_kernel_vm_end = 0;
1887         }
1888
1889         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1890         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1891
1892         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
1893                 kend = kernel_map.max_offset;
1894
1895         while (kstart < kend) {
1896                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kstart);
1897                 if (pde == NULL) {
1898                         /* We need a new PDP entry */
1899                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1900                                              VM_ALLOC_NORMAL |
1901                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
1902                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
1903                         if (nkpg == NULL) {
1904                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
1905                                       "kernel");
1906                         }
1907                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1908                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1909                                 pmap_zero_page(paddr);
1910                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1911                         newpdp = (pdp_entry_t)
1912                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1913                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kstart) = newpdp;
1914                         nkpt++;
1915                         continue; /* try again */
1916                 }
1917                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1918                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1919                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1920                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1921                                 kstart = kernel_map.max_offset;
1922                                 break;                       
1923                         }
1924                         continue;
1925                 }
1926
1927                 /*
1928                  * This index is bogus, but out of the way
1929                  */
1930                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1931                                      VM_ALLOC_NORMAL |
1932                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
1933                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
1934                 if (nkpg == NULL)
1935                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1936
1937                 vm_page_wire(nkpg);
1938                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1939                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1940                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1941                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1942                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kstart) = newpdir;
1943                 nkpt++;
1944
1945                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1946                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1947
1948                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1949                         kstart = kernel_map.max_offset;
1950                         break;                       
1951                 }
1952         }
1953
1954         /*
1955          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
1956          */
1957         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
1958                 kernel_vm_end = kstart;
1959
1960         lwkt_reltoken(&vm_token);
1961         crit_exit();
1962 }
1963
1964 /*
1965  *      Retire the given physical map from service.
1966  *      Should only be called if the map contains
1967  *      no valid mappings.
1968  */
1969 void
1970 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1971 {
1972         int count;
1973
1974         if (pmap == NULL)
1975                 return;
1976
1977         lwkt_gettoken(&vm_token);
1978         count = --pmap->pm_count;
1979         if (count == 0) {
1980                 pmap_release(pmap);
1981                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1982         }
1983         lwkt_reltoken(&vm_token);
1984 }
1985
1986 /*
1987  *      Add a reference to the specified pmap.
1988  */
1989 void
1990 pmap_reference(pmap_t pmap)
1991 {
1992         if (pmap != NULL) {
1993                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1994                 pmap->pm_count++;
1995                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1996         }
1997 }
1998
1999 /***************************************************
2000 * page management routines.
2001  ***************************************************/
2002
2003 /*
2004  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
2005  * called from an interrupt.
2006  */
2007 static __inline
2008 void
2009 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
2010 {
2011         pv_entry_count--;
2012         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
2013         zfree(pvzone, pv);
2014 }
2015
2016 /*
2017  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2018  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
2019  */
2020 static
2021 pv_entry_t
2022 get_pv_entry(void)
2023 {
2024         pv_entry_count++;
2025         if (pv_entry_high_water &&
2026                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
2027                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
2028                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
2029                 wakeup(&vm_pages_needed);
2030         }
2031         return zalloc(pvzone);
2032 }
2033
2034 /*
2035  * This routine is very drastic, but can save the system
2036  * in a pinch.
2037  */
2038 void
2039 pmap_collect(void)
2040 {
2041         int i;
2042         vm_page_t m;
2043         static int warningdone=0;
2044
2045         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2046                 return;
2047         lwkt_gettoken(&vm_token);
2048         if (warningdone < 5) {
2049                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2050                 warningdone++;
2051         }
2052
2053         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2054                 m = &vm_page_array[i];
2055                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
2056                     (m->flags & PG_BUSY))
2057                         continue;
2058                 pmap_remove_all(m);
2059         }
2060         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2061         lwkt_reltoken(&vm_token);
2062 }
2063         
2064
2065 /*
2066  * If it is the first entry on the list, it is actually
2067  * in the header and we must copy the following entry up
2068  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2069  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2070  */
2071 static
2072 int
2073 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2074                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2075 {
2076         pv_entry_t pv;
2077         int rtval;
2078
2079         crit_enter();
2080         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2081                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2082                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2083                                 break;
2084                 }
2085         } else {
2086                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2087                         if (va == pv->pv_va) 
2088                                 break;
2089                 }
2090         }
2091
2092         rtval = 0;
2093         KKASSERT(pv);
2094
2095         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2096         m->md.pv_list_count--;
2097         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2098         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2099                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2100         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2101         ++pmap->pm_generation;
2102         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2103         free_pv_entry(pv);
2104
2105         crit_exit();
2106         return rtval;
2107 }
2108
2109 /*
2110  * Create a pv entry for page at pa for
2111  * (pmap, va).
2112  */
2113 static
2114 void
2115 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2116 {
2117         pv_entry_t pv;
2118
2119         crit_enter();
2120         pv = get_pv_entry();
2121         pv->pv_va = va;
2122         pv->pv_pmap = pmap;
2123         pv->pv_ptem = mpte;
2124
2125         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2126         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2127         ++pmap->pm_generation;
2128         m->md.pv_list_count++;
2129
2130         crit_exit();
2131 }
2132
2133 /*
2134  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2135  */
2136 static
2137 int
2138 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2139         pmap_inval_info_t info)
2140 {
2141         pt_entry_t oldpte;
2142         vm_page_t m;
2143
2144         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2145         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2146         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2147         if (oldpte & PG_W)
2148                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2149         /*
2150          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2151          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2152          * the SMP case.
2153          */
2154         if (oldpte & PG_G)
2155                 cpu_invlpg((void *)va);
2156         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2157         --pmap->pm_stats.resident_count;
2158         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2159                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2160                 if (oldpte & PG_M) {
2161 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2162                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2163                                 kprintf(
2164         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2165                                     va, oldpte);
2166                         }
2167 #endif
2168                         if (pmap_track_modified(va))
2169                                 vm_page_dirty(m);
2170                 }
2171                 if (oldpte & PG_A)
2172                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2173                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2174         } else {
2175                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2176         }
2177
2178         return 0;
2179 }
2180
2181 /*
2182  * pmap_remove_page:
2183  *
2184  *      Remove a single page from a process address space.
2185  *
2186  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2187  *      not kernel_pmap.
2188  */
2189 static
2190 void
2191 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2192 {
2193         pt_entry_t *pte;
2194
2195         pte = pmap_pte(pmap, va);
2196         if (pte == NULL)
2197                 return;
2198         if ((*pte & PG_V) == 0)
2199                 return;
2200         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2201 }
2202
2203 /*
2204  * pmap_remove:
2205  *
2206  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2207  *
2208  *      It is assumed that the start and end are properly
2209  *      rounded to the page size.
2210  *
2211  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2212  *      not kernel_pmap.
2213  */
2214 void
2215 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2216 {
2217         vm_offset_t va_next;
2218         pml4_entry_t *pml4e;
2219         pdp_entry_t *pdpe;
2220         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2221         pt_entry_t *pte;
2222         struct pmap_inval_info info;
2223
2224         if (pmap == NULL)
2225                 return;
2226
2227         lwkt_gettoken(&vm_token);
2228         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2229                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2230                 return;
2231         }
2232
2233         pmap_inval_init(&info);
2234
2235         /*
2236          * special handling of removing one page.  a very
2237          * common operation and easy to short circuit some
2238          * code.
2239          */
2240         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2241                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2242                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2243                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2244                         pmap_inval_done(&info);
2245                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2246                         return;
2247                 }
2248         }
2249
2250         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2251                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2252                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2253                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2254                         if (va_next < sva)
2255                                 va_next = eva;
2256                         continue;
2257                 }
2258
2259                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2260                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2261                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2262                         if (va_next < sva)
2263                                 va_next = eva;
2264                         continue;
2265                 }
2266
2267                 /*
2268                  * Calculate index for next page table.
2269                  */
2270                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2271                 if (va_next < sva)
2272                         va_next = eva;
2273
2274                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2275                 ptpaddr = *pde;
2276
2277                 /*
2278                  * Weed out invalid mappings.
2279                  */
2280                 if (ptpaddr == 0)
2281                         continue;
2282
2283                 /*
2284                  * Check for large page.
2285                  */
2286                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2287                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2288                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2289                         *pde = 0;
2290                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2291                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2292                         continue;
2293                 }
2294
2295                 /*
2296                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2297                  * by the current page table page, or to the end of the
2298                  * range being removed.
2299                  */
2300                 if (va_next > eva)
2301                         va_next = eva;
2302
2303                 /*
2304                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2305                  */
2306                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2307                     sva += PAGE_SIZE) {
2308                         if (*pte == 0)
2309                                 continue;
2310                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2311                                 break;
2312                 }
2313         }
2314         pmap_inval_done(&info);
2315         lwkt_reltoken(&vm_token);
2316 }
2317
2318 /*
2319  * pmap_remove_all:
2320  *
2321  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2322  *      Reflects back modify bits to the pager.
2323  *
2324  *      This routine may not be called from an interrupt.
2325  */
2326
2327 static
2328 void
2329 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2330 {
2331         struct pmap_inval_info info;
2332         pt_entry_t *pte, tpte;
2333         pv_entry_t pv;
2334
2335         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2336                 return;
2337
2338         lwkt_gettoken(&vm_token);
2339         pmap_inval_init(&info);
2340         crit_enter();
2341         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2342                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2343                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2344
2345                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2346                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2347                 tpte = pte_load_clear(pte);
2348                 if (tpte & PG_W)
2349                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2350                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2351                 if (tpte & PG_A)
2352                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2353
2354                 /*
2355                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2356                  */
2357                 if (tpte & PG_M) {
2358 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2359                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2360                                 kprintf(
2361         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2362                                     pv->pv_va, tpte);
2363                         }
2364 #endif
2365                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2366                                 vm_page_dirty(m);
2367                 }
2368                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2369                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2370                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2371                 m->md.pv_list_count--;
2372                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2373                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2374                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2375                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2376                 free_pv_entry(pv);
2377         }
2378         crit_exit();
2379         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2380         pmap_inval_done(&info);
2381         lwkt_reltoken(&vm_token);
2382 }
2383
2384 /*
2385  * pmap_protect:
2386  *
2387  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2388  *      as requested.
2389  *
2390  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2391  *      not the kernel_pmap.
2392  */
2393 void
2394 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2395 {
2396         vm_offset_t va_next;
2397         pml4_entry_t *pml4e;
2398         pdp_entry_t *pdpe;
2399         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2400         pt_entry_t *pte;
2401         pmap_inval_info info;
2402
2403         /* JG review for NX */
2404
2405         if (pmap == NULL)
2406                 return;
2407
2408         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2409                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2410                 return;
2411         }
2412
2413         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2414                 return;
2415
2416         lwkt_gettoken(&vm_token);
2417         pmap_inval_init(&info);
2418
2419         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2420
2421                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2422                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2423                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2424                         if (va_next < sva)
2425                                 va_next = eva;
2426                         continue;
2427                 }
2428
2429                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2430                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2431                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2432                         if (va_next < sva)
2433                                 va_next = eva;
2434                         continue;
2435                 }
2436
2437                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2438                 if (va_next < sva)
2439                         va_next = eva;
2440
2441                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2442                 ptpaddr = *pde;
2443
2444                 /*
2445                  * Check for large page.
2446                  */
2447                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2448                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2449                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2450                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2451                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2452                         continue;
2453                 }
2454
2455                 /*
2456                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2457                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2458                  */
2459                 if (ptpaddr == 0)
2460                         continue;
2461
2462                 if (va_next > eva)
2463                         va_next = eva;
2464
2465                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2466                      sva += PAGE_SIZE) {
2467                         pt_entry_t pbits;
2468                         pt_entry_t cbits;
2469                         vm_page_t m;
2470
2471                         /*
2472                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2473                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2474                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2475                          * pmap_inval_add() call).
2476                          */
2477                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2478 again:
2479                         pbits = *pte;
2480                         cbits = pbits;
2481                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2482                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2483                                 continue;
2484                         }
2485                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2486                                 m = NULL;
2487                                 if (pbits & PG_A) {
2488                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2489                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2490                                         cbits &= ~PG_A;
2491                                 }
2492                                 if (pbits & PG_M) {
2493                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2494                                                 if (m == NULL)
2495                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2496                                                 vm_page_dirty(m);
2497                                                 cbits &= ~PG_M;
2498                                         }
2499                                 }
2500                         }
2501                         cbits &= ~PG_RW;
2502                         if (pbits != cbits &&
2503                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2504                                 goto again;
2505                         }
2506                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2507                 }
2508         }
2509         pmap_inval_done(&info);
2510         lwkt_reltoken(&vm_token);
2511 }
2512
2513 /*
2514  *      Insert the given physical page (p) at
2515  *      the specified virtual address (v) in the
2516  *      target physical map with the protection requested.
2517  *
2518  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2519  *      that the related pte can not be reclaimed.
2520  *
2521  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2522  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2523  *      insert this page into the given map NOW.
2524  */
2525 void
2526 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2527            boolean_t wired)
2528 {
2529         vm_paddr_t pa;
2530         pd_entry_t *pde;
2531         pt_entry_t *pte;
2532         vm_paddr_t opa;
2533         pt_entry_t origpte, newpte;
2534         vm_page_t mpte;
2535         pmap_inval_info info;
2536
2537         if (pmap == NULL)
2538                 return;
2539
2540         va = trunc_page(va);
2541 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2542         if (va >= KvaEnd)
2543                 panic("pmap_enter: toobig");
2544         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2545                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2546 #endif
2547         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2548                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2549 #ifdef DDB
2550                 db_print_backtrace();
2551 #endif
2552         }
2553         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2554                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2555 #ifdef DDB
2556                 db_print_backtrace();
2557 #endif
2558         }
2559
2560         lwkt_gettoken(&vm_token);
2561
2562         /*
2563          * In the case that a page table page is not
2564          * resident, we are creating it here.
2565          */
2566         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2567                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2568         else
2569                 mpte = NULL;
2570
2571         pmap_inval_init(&info);
2572         pde = pmap_pde(pmap, va);
2573         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2574                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2575                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2576                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2577         } else
2578                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2579
2580         KKASSERT(pte != NULL);
2581         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2582         origpte = *pte;
2583         opa = origpte & PG_FRAME;
2584
2585         /*
2586          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2587          */
2588         if (origpte && (opa == pa)) {
2589                 /*
2590                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2591                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2592                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2593                  * the PT page will be also.
2594                  */
2595                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2596                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2597                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2598                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2599
2600 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2601                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2602                         kprintf(
2603         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2604                             va, origpte);
2605                 }
2606 #endif
2607
2608                 /*
2609                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2610                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2611                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2612                  * bits below.
2613                  */
2614                 if (mpte)
2615                         mpte->hold_count--;
2616
2617                 /*
2618                  * We might be turning off write access to the page,
2619                  * so we go ahead and sense modify status.
2620                  */
2621                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2622                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2623                                 vm_page_t om;
2624                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2625                                 vm_page_dirty(om);
2626                         }
2627                         pa |= PG_MANAGED;
2628                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2629                 }
2630                 goto validate;
2631         } 
2632         /*
2633          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2634          * handle validating new mapping.
2635          */
2636         while (opa) {
2637                 int err;
2638                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2639                 if (err)
2640                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2641                 origpte = *pte;
2642                 opa = origpte & PG_FRAME;
2643                 if (opa) {
2644                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2645                                 pmap, (void *)va);
2646                 }
2647         }
2648
2649         /*
2650          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2651          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2652          * called at interrupt time.
2653          */
2654         if (pmap_initialized && 
2655             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2656                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2657                 pa |= PG_MANAGED;
2658                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2659         }
2660
2661         /*
2662          * Increment counters
2663          */
2664         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2665         if (wired)
2666                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2667
2668 validate:
2669         /*
2670          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2671          */
2672         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2673
2674         if (wired)
2675                 newpte |= PG_W;
2676         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2677                 newpte |= PG_U;
2678         if (pmap == &kernel_pmap)
2679                 newpte |= pgeflag;
2680
2681         /*
2682          * if the mapping or permission bits are different, we need
2683          * to update the pte.
2684          */
2685         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2686                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2687                 *pte = newpte | PG_A;
2688                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2689                 if (newpte & PG_RW)
2690                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2691         }
2692         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2693         pmap_inval_done(&info);
2694         lwkt_reltoken(&vm_token);
2695 }
2696
2697 /*
2698  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2699  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2700  * VA.
2701  *
2702  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2703  */
2704 void
2705 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2706 {
2707         pt_entry_t *pte;
2708         vm_paddr_t pa;
2709         vm_page_t mpte;
2710         vm_pindex_t ptepindex;
2711         pd_entry_t *ptepa;
2712         pmap_inval_info info;
2713
2714         lwkt_gettoken(&vm_token);
2715         pmap_inval_init(&info);
2716
2717         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2718                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2719 #ifdef DDB
2720                 db_print_backtrace();
2721 #endif
2722         }
2723         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2724                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2725 #ifdef DDB
2726                 db_print_backtrace();
2727 #endif
2728         }
2729
2730         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2731
2732         /*
2733          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2734          *
2735          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2736          * section following.
2737          */
2738         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2739                 /*
2740                  * Calculate pagetable page index
2741                  */
2742                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2743
2744                 do {
2745                         /*
2746                          * Get the page directory entry
2747                          */
2748                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2749
2750                         /*
2751                          * If the page table page is mapped, we just increment
2752                          * the hold count, and activate it.
2753                          */
2754                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2755                                 if (*ptepa & PG_PS)
2756                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2757 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2758 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2759 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2760 //                              } else {
2761                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2762                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2763 //                              }
2764                                 if (mpte)
2765                                         mpte->hold_count++;
2766                         } else {
2767                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2768                         }
2769                 } while (mpte == NULL);
2770         } else {
2771                 mpte = NULL;
2772                 /* this code path is not yet used */
2773         }
2774
2775         /*
2776          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2777          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2778          * we do not disturb it.
2779          */
2780         pte = vtopte(va);
2781         if (*pte & PG_V) {
2782                 if (mpte)
2783                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2784                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2785                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2786                 pmap_inval_done(&info);
2787                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2788                 return;
2789         }
2790
2791         /*
2792          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2793          */
2794         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2795                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2796                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2797         }
2798
2799         /*
2800          * Increment counters
2801          */
2802         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2803
2804         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2805
2806         /*
2807          * Now validate mapping with RO protection
2808          */
2809         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2810                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2811         else
2812                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2813 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2814         pmap_inval_done(&info);
2815         lwkt_reltoken(&vm_token);
2816 }
2817
2818 /*
2819  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2820  * to be used for panic dumps.
2821  */
2822 /* JG Needed on x86_64? */
2823 void *
2824 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2825 {
2826         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2827         return ((void *)crashdumpmap);
2828 }
2829
2830 #define MAX_INIT_PT (96)
2831
2832 /*
2833  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2834  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2835  * immediately after an mmap.
2836  */
2837 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2838
2839 void
2840 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2841                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2842                     vm_size_t size, int limit)
2843 {
2844         struct rb_vm_page_scan_info info;
2845         struct lwp *lp;
2846         vm_size_t psize;
2847
2848         /*
2849          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2850          * or object.
2851          */
2852         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2853                 return;
2854
2855         /*
2856          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2857          */
2858         lp = curthread->td_lwp;
2859         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2860                 return;
2861
2862         psize = x86_64_btop(size);
2863
2864         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2865                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2866                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2867                 return;
2868         }
2869
2870         if (psize + pindex > object->size) {
2871                 if (object->size < pindex)
2872                         return;           
2873                 psize = object->size - pindex;
2874         }
2875
2876         if (psize == 0)
2877                 return;
2878
2879         /*
2880          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2881          * any valid pages found into the pmap.
2882          *
2883          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2884          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2885          */
2886         info.start_pindex = pindex;
2887         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2888         info.limit = limit;
2889         info.mpte = NULL;
2890         info.addr = addr;
2891         info.pmap = pmap;
2892
2893         crit_enter();
2894         lwkt_gettoken(&vm_token);
2895         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2896                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2897         lwkt_reltoken(&vm_token);
2898         crit_exit();
2899 }
2900
2901 static
2902 int
2903 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2904 {
2905         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2906         vm_pindex_t rel_index;
2907         /*
2908          * don't allow an madvise to blow away our really
2909          * free pages allocating pv entries.
2910          */
2911         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2912                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2913                     return(-1);
2914         }
2915         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2916             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2917                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2918                         vm_page_deactivate(p);
2919                 vm_page_busy(p);
2920                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2921                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2922                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2923                 vm_page_wakeup(p);
2924         }
2925         return(0);
2926 }
2927
2928 /*
2929  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2930  * pre-fault the specified address.
2931  *
2932  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2933  * pte is already loaded into the slot.
2934  */
2935 int
2936 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2937 {
2938         pt_entry_t *pte;
2939         pd_entry_t *pde;
2940         int ret;
2941
2942         lwkt_gettoken(&vm_token);
2943         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2944         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2945                 ret = 0;
2946         } else {
2947                 pte = vtopte(addr);
2948                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2949         }
2950         lwkt_reltoken(&vm_token);
2951         return(ret);
2952 }
2953
2954 /*
2955  *      Routine:        pmap_change_wiring
2956  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2957  *                      pair.
2958  *      In/out conditions:
2959  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2960  */
2961 void
2962 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2963 {
2964         pt_entry_t *pte;
2965
2966         if (pmap == NULL)
2967                 return;
2968
2969         lwkt_gettoken(&vm_token);
2970         pte = pmap_pte(pmap, va);
2971
2972         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2973                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2974         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2975                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2976
2977         /*
2978          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2979          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2980          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2981          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2982          * wiring changes.
2983          */
2984 #ifdef SMP
2985         if (wired)
2986                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2987         else
2988                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2989 #else
2990         if (wired)
2991                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2992         else
2993                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2994 #endif
2995         lwkt_reltoken(&vm_token);
2996 }
2997
2998
2999
3000 /*
3001  *      Copy the range specified by src_addr/len
3002  *      from the source map to the range dst_addr/len
3003  *      in the destination map.
3004  *
3005  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3006  */
3007 void
3008 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
3009           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
3010 {
3011         return;
3012 #if 0
3013         pmap_inval_info info;
3014         vm_offset_t addr;
3015         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3016         vm_offset_t pdnxt;
3017         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
3018         vm_page_t m;
3019
3020         if (dst_addr != src_addr)
3021                 return;
3022 #if JGPMAP32
3023         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3024         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
3025                 return;
3026         }
3027
3028         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3029         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
3030                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
3031                 /* The page directory is not shared between CPUs */
3032                 cpu_invltlb();
3033         }
3034 #endif
3035         pmap_inval_init(&info);
3036         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
3037         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
3038
3039         /*
3040          * critical section protection is required to maintain the page/object
3041          * association, interrupts can free pages and remove them from 
3042          * their objects.
3043          */
3044         crit_enter();
3045         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3046                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3047                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3048                 vm_offset_t srcptepaddr;
3049                 vm_pindex_t ptepindex;
3050
3051                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3052                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3053
3054                 /*
3055                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3056                  * way below the low water mark of free pages or way
3057                  * above high water mark of used pv entries.
3058                  */
3059                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3060                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3061                         break;
3062                 
3063                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3064                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3065
3066 #if JGPMAP32
3067                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3068 #endif
3069                 if (srcptepaddr == 0)
3070                         continue;
3071                         
3072                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3073 #if JGPMAP32
3074                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3075                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3076                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3077                         }
3078 #endif
3079                         continue;
3080                 }
3081
3082                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3083                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3084                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3085                         continue;
3086                 }
3087
3088                 if (pdnxt > end_addr)
3089                         pdnxt = end_addr;
3090
3091                 src_pte = vtopte(addr);
3092 #if JGPMAP32
3093                 dst_pte = avtopte(addr);
3094 #endif
3095                 while (addr < pdnxt) {
3096                         pt_entry_t ptetemp;
3097
3098                         ptetemp = *src_pte;
3099                         /*
3100                          * we only virtual copy managed pages
3101                          */
3102                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3103                                 /*
3104                                  * We have to check after allocpte for the
3105                                  * pte still being around...  allocpte can
3106                                  * block.
3107                                  *
3108                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3109                                  * our page directory mappings we stop.
3110                                  */
3111                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3112
3113 #if JGPMAP32
3114                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3115                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3116                                 ) {
3117                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3118                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3119                                         goto failed;
3120                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3121                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3122                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3123                                         /*
3124                                          * Clear the modified and
3125                                          * accessed (referenced) bits
3126                                          * during the copy.
3127                                          */
3128                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3129                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3130                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3131                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3132                                                 dstmpte, m);
3133                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3134                                 } else {
3135                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3136                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3137                                         goto failed;
3138                                 }
3139 #endif
3140                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3141                                         break;
3142                         }
3143                         addr += PAGE_SIZE;
3144                         src_pte++;
3145                         dst_pte++;
3146                 }
3147         }
3148 failed:
3149         crit_exit();
3150         pmap_inval_done(&info);
3151 #endif
3152 }       
3153
3154 /*
3155  * pmap_zero_page:
3156  *
3157  *      Zero the specified physical page.
3158  *
3159  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3160  *      required.
3161  */
3162 void
3163 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3164 {
3165         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3166
3167         pagezero((void *)va);
3168 }
3169
3170 /*
3171  * pmap_page_assertzero:
3172  *
3173  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3174  */
3175 void
3176 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3177 {
3178         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3179         int i;
3180
3181         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3182             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3183                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3184             }
3185         }
3186 }
3187
3188 /*
3189  * pmap_zero_page:
3190  *
3191  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3192  *      its contents with bzero.
3193  *
3194  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3195  */
3196 void
3197 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3198 {
3199         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3200
3201         bzero((char *)virt + off, size);
3202 }
3203
3204 /*
3205  * pmap_copy_page:
3206  *
3207  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3208  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3209  *      is required.
3210  */
3211 void
3212 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3213 {
3214         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3215
3216         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3217         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3218         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3219 }
3220
3221 /*
3222  * pmap_copy_page_frag:
3223  *
3224  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3225  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3226  *      is required.
3227  */
3228 void
3229 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3230 {
3231         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3232
3233         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3234         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3235
3236         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3237               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3238               bytes);
3239 }
3240
3241 /*
3242  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3243  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3244  * be changed upwards or downwards in the future; it
3245  * is only necessary that true be returned for a small
3246  * subset of pmaps for proper page aging.
3247  */
3248 boolean_t
3249 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3250 {
3251         pv_entry_t pv;
3252         int loops = 0;
3253
3254         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3255                 return FALSE;
3256
3257         crit_enter();
3258         lwkt_gettoken(&vm_token);
3259
3260         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3261                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3262                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3263                         crit_exit();
3264                         return TRUE;
3265                 }
3266                 loops++;
3267                 if (loops >= 16)
3268                         break;
3269         }
3270         lwkt_reltoken(&vm_token);
3271         crit_exit();
3272         return (FALSE);
3273 }
3274
3275 /*
3276  * Remove all pages from specified address space
3277  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3278  * is special cased for current process only, but
3279  * can have the more generic (and slightly slower)
3280  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3281  * in the case of running down an entire address space.
3282  */
3283 void
3284 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3285 {
3286         struct lwp *lp;
3287         pt_entry_t *pte, tpte;
3288         pv_entry_t pv, npv;
3289         vm_page_t m;
3290         pmap_inval_info info;
3291         int iscurrentpmap;
3292         int save_generation;
3293
3294         lp = curthread->td_lwp;
3295         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3296                 iscurrentpmap = 1;
3297         else
3298                 iscurrentpmap = 0;
3299
3300         lwkt_gettoken(&vm_token);
3301         pmap_inval_init(&info);
3302         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3303                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3304                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3305                         continue;
3306                 }
3307
3308                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3309
3310                 if (iscurrentpmap)
3311                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3312                 else
3313                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3314                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3315
3316                 /*
3317                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3318                  * at this time
3319                  */
3320                 if (*pte & PG_W) {
3321                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3322                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3323                         continue;
3324                 }
3325                 tpte = pte_load_clear(pte);
3326
3327                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3328
3329                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3330                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3331
3332                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3333                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3334                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3335
3336                 /*
3337                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3338                  */
3339                 if (tpte & PG_M) {
3340                         vm_page_dirty(m);
3341                 }
3342
3343                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3344                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3345                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3346
3347                 m->md.pv_list_count--;
3348                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3349                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3350                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3351
3352                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3353                 free_pv_entry(pv);
3354
3355                 /*
3356                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3357                  * calls and other removals were made.
3358                  */
3359                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3360                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3361                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3362                 }
3363         }
3364         pmap_inval_done(&info);
3365         lwkt_reltoken(&vm_token);
3366 }
3367
3368 /*
3369  * pmap_testbit tests bits in pte's
3370  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3371  * and a lot of things compile-time evaluate.
3372  */
3373 static
3374 boolean_t
3375 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3376 {
3377         pv_entry_t pv;
3378         pt_entry_t *pte;
3379
3380         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3381                 return FALSE;
3382
3383         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3384                 return FALSE;
3385
3386         crit_enter();
3387
3388         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3389                 /*
3390                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3391                  * mark clean_map and ptes as never
3392                  * modified.
3393                  */
3394                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3395                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3396                                 continue;
3397                 }
3398
3399 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3400                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3401                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3402                         continue;
3403                 }
3404 #endif
3405                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3406                 if (*pte & bit) {
3407                         crit_exit();
3408                         return TRUE;
3409                 }
3410         }
3411         crit_exit();
3412         return (FALSE);
3413 }
3414
3415 /*
3416  * this routine is used to modify bits in ptes
3417  */
3418 static __inline
3419 void
3420 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3421 {
3422         struct pmap_inval_info info;
3423         pv_entry_t pv;
3424         pt_entry_t *pte;
3425         pt_entry_t pbits;
3426
3427         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3428                 return;
3429
3430         pmap_inval_init(&info);
3431
3432         /*
3433          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3434          * setting RO do we need to clear the VAC?
3435          */
3436         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3437                 /*
3438                  * don't write protect pager mappings
3439                  */
3440                 if (bit == PG_RW) {
3441                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3442                                 continue;
3443                 }
3444
3445 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3446                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3447                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3448                         continue;
3449                 }
3450 #endif
3451
3452                 /*
3453                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3454                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3455                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3456                  *
3457                  * We do not have to force synchronization when clearing
3458                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3459                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3460                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3461                  */
3462                 if (bit & PG_RW)
3463                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3464                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3465 again:
3466                 pbits = *pte;
3467                 if (pbits & bit) {
3468                         if (bit == PG_RW) {
3469                                 if (pbits & PG_M) {
3470                                         vm_page_dirty(m);
3471                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3472                                 } else {
3473                                         /*
3474                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3475                                          * simultaniously with our clearing
3476                                          * of PG_RW.
3477                                          */
3478                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3479                                                                pbits & ~PG_RW))
3480                                                 goto again;
3481                                 }
3482                         } else if (bit == PG_M) {
3483                                 /*
3484                                  * We could also clear PG_RW here to force
3485                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3486                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3487                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3488                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3489                                  * virtual page tables.
3490                                  */
3491                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3492                         } else {
3493                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3494                         }
3495                 }
3496                 if (bit & PG_RW)
3497                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3498         }
3499         pmap_inval_done(&info);
3500 }
3501
3502 /*
3503  *      pmap_page_protect:
3504  *
3505  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3506  */
3507 void
3508 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3509 {
3510         /* JG NX support? */
3511         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3512                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3513                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3514                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3515                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3516                 } else {
3517                         pmap_remove_all(m);
3518                 }
3519                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3520         }
3521 }
3522
3523 vm_paddr_t
3524 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3525 {
3526         return (x86_64_ptob(ppn));
3527 }
3528
3529 /*
3530  *      pmap_ts_referenced:
3531  *
3532  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3533  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3534  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3535  *      reference bits set.
3536  *
3537  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3538  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3539  *      optimal aging of shared pages.
3540  */
3541 int
3542 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3543 {
3544         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3545         pt_entry_t *pte;
3546         int rtval = 0;
3547
3548         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3549                 return (rtval);
3550
3551         crit_enter();
3552         lwkt_gettoken(&vm_token);
3553
3554         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3555
3556                 pvf = pv;
3557
3558                 do {
3559                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3560
3561                         crit_enter();
3562                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3563                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3564                         crit_exit();
3565
3566                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3567                                 continue;
3568
3569                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3570
3571                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3572 #ifdef SMP
3573                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3574 #else
3575                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3576 #endif
3577                                 rtval++;
3578                                 if (rtval > 4) {
3579                                         break;
3580                                 }
3581                         }
3582                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3583         }
3584         lwkt_reltoken(&vm_token);
3585         crit_exit();
3586
3587         return (rtval);
3588 }
3589
3590 /*
3591  *      pmap_is_modified:
3592  *
3593  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3594  *      in any physical maps.
3595  */
3596 boolean_t
3597 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3598 {
3599         boolean_t res;
3600
3601         lwkt_gettoken(&vm_token);
3602         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3603         lwkt_reltoken(&vm_token);
3604         return (res);
3605 }
3606
3607 /*
3608  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3609  */
3610 void
3611 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3612 {
3613         lwkt_gettoken(&vm_token);
3614         pmap_clearbit(m, PG_M);
3615         lwkt_reltoken(&vm_token);
3616 }
3617
3618 /*
3619  *      pmap_clear_reference:
3620  *
3621  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3622  */
3623 void
3624 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3625 {
3626         lwkt_gettoken(&vm_token);
3627         pmap_clearbit(m, PG_A);
3628         lwkt_reltoken(&vm_token);
3629 }
3630
3631 /*
3632  * Miscellaneous support routines follow
3633  */
3634
3635 static
3636 void
3637 i386_protection_init(void)
3638 {
3639         int *kp, prot;
3640
3641         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3642         kp = protection_codes;
3643         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3644                 switch (prot) {
3645                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3646                         /*
3647                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3648                          * so just make it readable.
3649                          */
3650                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3651                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3652                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3653                         *kp++ = 0;
3654                         break;
3655                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3656                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3657                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3658                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3659                         *kp++ = PG_RW;
3660                         break;
3661                 }
3662         }
3663 }
3664
3665 /*
3666  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3667  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3668  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3669  * NOT real memory.
3670  *
3671  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3672  * a time.
3673  */
3674 void *
3675 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3676 {
3677         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3678         pt_entry_t *pte;
3679
3680         offset = pa & PAGE_MASK;
3681         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3682
3683         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3684         if (va == 0)
3685                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3686
3687         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3688         for (tmpva = va; size > 0;) {
3689                 pte = vtopte(tmpva);
3690                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3691                 size -= PAGE_SIZE;
3692                 tmpva += PAGE_SIZE;
3693                 pa += PAGE_SIZE;
3694         }
3695         cpu_invltlb();
3696         smp_invltlb();
3697
3698         return ((void *)(va + offset));
3699 }
3700
3701 void *
3702 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3703 {
3704         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3705         pt_entry_t *pte;
3706
3707         offset = pa & PAGE_MASK;
3708         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3709
3710         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3711         if (va == 0)
3712                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3713
3714         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3715         for (tmpva = va; size > 0;) {
3716                 pte = vtopte(tmpva);
3717                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3718                 size -= PAGE_SIZE;
3719                 tmpva += PAGE_SIZE;
3720                 pa += PAGE_SIZE;
3721         }
3722         cpu_invltlb();
3723         smp_invltlb();
3724
3725         return ((void *)(va + offset));
3726 }
3727
3728 void
3729 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3730 {
3731         vm_offset_t base, offset;
3732
3733         base = va & ~PAGE_MASK;
3734         offset = va & PAGE_MASK;
3735         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3736         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3737         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3738 }
3739
3740 /*
3741  * perform the pmap work for mincore
3742  */
3743 int
3744 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3745 {
3746         pt_entry_t *ptep, pte;
3747         vm_page_t m;
3748         int val = 0;
3749         
3750         lwkt_gettoken(&vm_token);
3751         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3752
3753         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3754                 vm_offset_t pa;
3755
3756                 val = MINCORE_INCORE;
3757                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3758                         goto done;
3759
3760                 pa = pte & PG_FRAME;
3761
3762                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3763
3764                 /*
3765                  * Modified by us
3766                  */
3767                 if (pte & PG_M)
3768                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3769                 /*
3770                  * Modified by someone
3771                  */
3772                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3773                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3774                 /*
3775                  * Referenced by us
3776                  */
3777                 if (pte & PG_A)
3778                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3779
3780                 /*
3781                  * Referenced by someone
3782                  */
3783                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3784                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3785                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3786                 }
3787         } 
3788 done:
3789         lwkt_reltoken(&vm_token);
3790         return val;
3791 }
3792
3793 /*
3794  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3795  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3796  *
3797  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3798  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3799  */
3800 void
3801 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3802 {
3803         struct vmspace *oldvm;
3804         struct lwp *lp;
3805
3806         crit_enter();
3807         oldvm = p->p_vmspace;
3808         if (oldvm != newvm) {
3809                 p->p_vmspace = newvm;
3810                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3811                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3812                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3813                 if (adjrefs) {
3814                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3815                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3816                 }
3817         }
3818         crit_exit();
3819 }
3820
3821 /*
3822  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3823  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3824  * on a per-lwp basis.
3825  */
3826 void
3827 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3828 {
3829         struct vmspace *oldvm;
3830         struct pmap *pmap;
3831
3832         crit_enter();
3833         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3834
3835         if (oldvm != newvm) {
3836                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3837                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3838                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3839 #if defined(SMP)
3840                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3841                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3842                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3843 #else
3844                         pmap->pm_active |= 1;
3845 #endif
3846 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3847                         tlb_flush_count++;
3848 #endif
3849                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3850                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3851                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3852                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3853 #if defined(SMP)
3854                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3855 #else
3856                         pmap->pm_active &= ~1;
3857 #endif
3858                 }
3859         }
3860         crit_exit();
3861 }
3862
3863 #ifdef SMP
3864
3865 /*
3866  * Called when switching to a locked pmap
3867  */
3868 void
3869 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3870 {
3871         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3872
3873         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3874                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3875                         cpu_pause();
3876                         cpu_ccfence();
3877                         lwkt_process_ipiq();
3878                 }
3879         }
3880 }
3881
3882 #endif
3883
3884 vm_offset_t
3885 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3886 {
3887
3888         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3889                 return addr;
3890         }
3891
3892         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3893         return addr;
3894 }
3895
3896 /*
3897  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
3898  */
3899 vm_page_t
3900 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
3901 {
3902         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*vtopte(va) & PG_FRAME));
3903 }