Merge branch 'vendor/TCSH'
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
9  * Copyright (c) 2011-2019 Matthew Dillon
10  * All rights reserved.
11  *
12  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
13  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
14  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
15  *
16  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
17  * modification, are permitted provided that the following conditions
18  * are met:
19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
21  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
23  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
24  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
25  *    must display the following acknowledgement:
26  *      This product includes software developed by the University of
27  *      California, Berkeley and its contributors.
28  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
29  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
30  *    without specific prior written permission.
31  *
32  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
33  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
34  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
35  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
36  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
37  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
38  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
39  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
40  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
41  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
42  * SUCH DAMAGE.
43  */
44 /*
45  * Manage physical address maps for x86-64 systems.
46  *
47  * Some notes:
48  *      - The 'M'odified bit is only applicable to terminal PTEs.
49  *
50  *      - The 'U'ser access bit can be set for higher-level PTEs as
51  *        long as it isn't set for terminal PTEs for pages we don't
52  *        want user access to.
53  */
54
55 #if 0 /* JG */
56 #include "opt_pmap.h"
57 #endif
58 #include "opt_msgbuf.h"
59
60 #include <sys/param.h>
61 #include <sys/kernel.h>
62 #include <sys/proc.h>
63 #include <sys/msgbuf.h>
64 #include <sys/vmmeter.h>
65 #include <sys/mman.h>
66 #include <sys/systm.h>
67
68 #include <vm/vm.h>
69 #include <vm/vm_param.h>
70 #include <sys/sysctl.h>
71 #include <sys/lock.h>
72 #include <vm/vm_kern.h>
73 #include <vm/vm_page.h>
74 #include <vm/vm_map.h>
75 #include <vm/vm_object.h>
76 #include <vm/vm_extern.h>
77 #include <vm/vm_pageout.h>
78 #include <vm/vm_pager.h>
79 #include <vm/vm_zone.h>
80
81 #include <sys/thread2.h>
82 #include <sys/spinlock2.h>
83 #include <vm/vm_page2.h>
84
85 #include <machine/cputypes.h>
86 #include <machine/cpu.h>
87 #include <machine/md_var.h>
88 #include <machine/specialreg.h>
89 #include <machine/smp.h>
90 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
91 #include <machine/globaldata.h>
92 #include <machine/pmap.h>
93 #include <machine/pmap_inval.h>
94
95 #include <ddb/ddb.h>
96
97 #define PMAP_KEEP_PDIRS
98
99 #if defined(DIAGNOSTIC)
100 #define PMAP_DIAGNOSTIC
101 #endif
102
103 #define MINPV 2048
104
105 /*
106  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
107  */
108 #ifdef PMAP_DEBUG
109
110 #define PMAP_DEBUG_DECL         ,const char *func, int lineno
111 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
112 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
113
114 #define pv_get(pmap, pindex, pmarkp)    _pv_get(pmap, pindex, pmarkp    \
115                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
116 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
117                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
118 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
119                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
120 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
121                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
122
123 #define pv_free(pv, pvp)                _pv_free(pv, pvp PMAP_DEBUG_ARGS)
124
125 #else
126
127 #define PMAP_DEBUG_DECL
128 #define PMAP_DEBUG_ARGS
129 #define PMAP_DEBUG_COPY
130
131 #define pv_get(pmap, pindex, pmarkp)    _pv_get(pmap, pindex, pmarkp)
132 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
133 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
134 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
135 #define pv_free(pv, pvp)                _pv_free(pv, pvp)
136
137 #endif
138
139 /*
140  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
141  */
142 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
143
144 #define pmap_pde_v(pmap, pte)   \
145                 ((*(pd_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
146 #define pmap_pte_w(pmap, pte)   \
147                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) != 0)
148 #define pmap_pte_m(pmap, pte)   \
149                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) != 0)
150 #define pmap_pte_u(pmap, pte)   \
151                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_U_IDX]) != 0)
152 #define pmap_pte_v(pmap, pte)   \
153                 ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
154
155 /*
156  * Given a map and a machine independent protection code,
157  * convert to a vax protection code.
158  */
159 #define pte_prot(m, p)          \
160         (m->protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
161 static uint64_t protection_codes[PROTECTION_CODES_SIZE];
162
163 /*
164  * Backing scan macros.  Note that in the use case 'ipte' is only a tentitive
165  * value and must be validated by a pmap_inval_smp_cmpset*() or equivalent
166  * function.
167  *
168  * NOTE: cpu_ccfence() is required to prevent excessive optmization of
169  *       of the (ipte) variable.
170  *
171  * NOTE: We don't bother locking the backing object if it isn't mapped
172  *       to anything (backing_list is empty).
173  *
174  * NOTE: For now guarantee an interlock via iobj->backing_lk if the
175  *       object exists and do not shortcut the lock by checking to see
176  *       if the list is empty first.
177  */
178 #define PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, match_pmap, ipmap, iptep, ipte, iva)  \
179         if (m->object) {                                                \
180                 vm_object_t iobj = m->object;                           \
181                 vm_map_backing_t iba, next_ba;                          \
182                 struct pmap *ipmap;                                     \
183                 pt_entry_t ipte;                                        \
184                 pt_entry_t *iptep;                                      \
185                 vm_offset_t iva;                                        \
186                 vm_pindex_t ipindex_start;                              \
187                 vm_pindex_t ipindex_end;                                \
188                                                                         \
189                 lockmgr(&iobj->backing_lk, LK_SHARED);                  \
190                 next_ba = TAILQ_FIRST(&iobj->backing_list);             \
191                 while ((iba = next_ba) != NULL) {                       \
192                         next_ba = TAILQ_NEXT(iba, entry);               \
193                         ipmap = iba->pmap;                              \
194                         if (match_pmap && ipmap != match_pmap)          \
195                                 continue;                               \
196                         ipindex_start = iba->offset >> PAGE_SHIFT;      \
197                         ipindex_end = ipindex_start +                   \
198                                   ((iba->end - iba->start) >> PAGE_SHIFT); \
199                         if (m->pindex < ipindex_start ||                \
200                             m->pindex >= ipindex_end) {                 \
201                                 continue;                               \
202                         }                                               \
203                         iva = iba->start +                              \
204                               ((m->pindex - ipindex_start) << PAGE_SHIFT); \
205                         iptep = pmap_pte(ipmap, iva);                   \
206                         if (iptep == NULL)                              \
207                                 continue;                               \
208                         ipte = *iptep;                                  \
209                         cpu_ccfence();                                  \
210                         if (m->phys_addr != (ipte & PG_FRAME))          \
211                                 continue;                               \
212
213 #define PMAP_PAGE_BACKING_RETRY                                         \
214                         {                                               \
215                                 next_ba = iba;                          \
216                                 continue;                               \
217                         }                                               \
218
219 #define PMAP_PAGE_BACKING_DONE                                          \
220                 }                                                       \
221                 lockmgr(&iobj->backing_lk, LK_RELEASE);                 \
222         }                                                               \
223
224 struct pmap kernel_pmap;
225 struct pmap iso_pmap;
226
227 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
228 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
229 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
230 vm_offset_t virtual2_end;
231 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
232 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
233 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
234 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
235 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
236 vm_offset_t DMapMaxAddress;
237 /* Has pmap_init completed? */
238 __read_frequently static boolean_t pmap_initialized = FALSE;
239 //static int pgeflag;           /* PG_G or-in */
240 uint64_t PatMsr;
241
242 static int ndmpdp;
243 static vm_paddr_t dmaplimit;
244 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
245
246 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
247 static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
248
249 static uint64_t KPTbase;
250 static uint64_t KPTphys;
251 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
252 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
253 uint64_t KPDPphys;              /* phys addr of kernel level 3 */
254 uint64_t KPML4phys;             /* phys addr of kernel level 4 */
255
256 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
257 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
258
259 /*
260  * Data for the pv entry allocation mechanism
261  */
262 __read_mostly static vm_zone_t pvzone;
263 __read_mostly static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
264 static struct vm_zone pvzone_store;
265 static struct pv_entry *pvinit;
266
267 /*
268  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
269  */
270 pt_entry_t *CMAP1 = NULL, *ptmmap;
271 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
272 static pt_entry_t *msgbufmap;
273 struct msgbuf *msgbufp=NULL;
274
275 /*
276  * PMAP default PG_* bits. Needed to be able to add
277  * EPT/NPT pagetable pmap_bits for the VMM module
278  */
279 __read_frequently uint64_t pmap_bits_default[] = {
280                 REGULAR_PMAP,                   /* TYPE_IDX             0 */
281                 X86_PG_V,                       /* PG_V_IDX             1 */
282                 X86_PG_RW,                      /* PG_RW_IDX            2 */
283                 X86_PG_U,                       /* PG_U_IDX             3 */
284                 X86_PG_A,                       /* PG_A_IDX             4 */
285                 X86_PG_M,                       /* PG_M_IDX             5 */
286                 X86_PG_PS,                      /* PG_PS_IDX3           6 */
287                 X86_PG_G,                       /* PG_G_IDX             7 */
288                 X86_PG_AVAIL1,                  /* PG_AVAIL1_IDX        8 */
289                 X86_PG_AVAIL2,                  /* PG_AVAIL2_IDX        9 */
290                 X86_PG_AVAIL3,                  /* PG_AVAIL3_IDX        10 */
291                 X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD,  /* PG_N_IDX             11 */
292                 X86_PG_NX,                      /* PG_NX_IDX            12 */
293 };
294
295 /*
296  * Crashdump maps.
297  */
298 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
299 static caddr_t crashdumpmap;
300
301 static int pmap_debug = 0;
302 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_debug, CTLFLAG_RW,
303     &pmap_debug, 0, "Debug pmap's");
304 #ifdef PMAP_DEBUG2
305 static int pmap_enter_debug = 0;
306 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_enter_debug, CTLFLAG_RW,
307     &pmap_enter_debug, 0, "Debug pmap_enter's");
308 #endif
309 static int pmap_yield_count = 64;
310 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
311     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
312 int pmap_fast_kernel_cpusync = 0;
313 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_fast_kernel_cpusync, CTLFLAG_RW,
314     &pmap_fast_kernel_cpusync, 0, "Share page table pages when possible");
315 int pmap_dynamic_delete = 0;
316 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_dynamic_delete, CTLFLAG_RW,
317     &pmap_dynamic_delete, 0, "Dynamically delete PT/PD/PDPs");
318 int pmap_lock_delay = 100;
319 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_lock_delay, CTLFLAG_RW,
320     &pmap_lock_delay, 0, "Spin loops");
321 static int meltdown_mitigation = -1;
322 TUNABLE_INT("machdep.meltdown_mitigation", &meltdown_mitigation);
323 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, meltdown_mitigation, CTLFLAG_RW,
324     &meltdown_mitigation, 0, "Userland pmap isolation");
325
326 static int pmap_nx_enable = -1;         /* -1 = auto */
327 /* needs manual TUNABLE in early probe, see below */
328 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_nx_enable, CTLFLAG_RD,
329     &pmap_nx_enable, 0,
330     "no-execute support (0=disabled, 1=w/READ, 2=w/READ & WRITE)");
331
332 static int pmap_pv_debug = 50;
333 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_pv_debug, CTLFLAG_RW,
334     &pmap_pv_debug, 0, "");
335
336 static long vm_pmap_pv_entries;
337 SYSCTL_LONG(_vm, OID_AUTO, pmap_pv_entries, CTLFLAG_RD,
338     &vm_pmap_pv_entries, 0, "");
339
340 /* Standard user access funtions */
341 extern int std_copyinstr (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len,
342     size_t *lencopied);
343 extern int std_copyin (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len);
344 extern int std_copyout (const void *kaddr, void *udaddr, size_t len);
345 extern int std_fubyte (const uint8_t *base);
346 extern int std_subyte (uint8_t *base, uint8_t byte);
347 extern int32_t std_fuword32 (const uint32_t *base);
348 extern int64_t std_fuword64 (const uint64_t *base);
349 extern int std_suword64 (uint64_t *base, uint64_t word);
350 extern int std_suword32 (uint32_t *base, int word);
351 extern uint32_t std_swapu32 (volatile uint32_t *base, uint32_t v);
352 extern uint64_t std_swapu64 (volatile uint64_t *base, uint64_t v);
353 extern uint32_t std_fuwordadd32 (volatile uint32_t *base, uint32_t v);
354 extern uint64_t std_fuwordadd64 (volatile uint64_t *base, uint64_t v);
355
356 #if 0
357 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
358 #endif
359 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
360                                 PMAP_DEBUG_DECL);
361 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
362 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
363                                 PMAP_DEBUG_DECL);
364 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
365 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
366                                 PMAP_DEBUG_DECL);
367 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp
368                                 PMAP_DEBUG_DECL);
369 static void _pv_free(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp PMAP_DEBUG_DECL);
370 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex,
371                                 vm_pindex_t **pmarkp, int *errorp);
372 static void pv_put(pv_entry_t pv);
373 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
374 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
375                       pv_entry_t *pvpp);
376 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
377                         pmap_inval_bulk_t *bulk, int destroy);
378 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int clrpgbits);
379 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
380                         pmap_inval_bulk_t *bulk);
381
382 struct pmap_scan_info;
383 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
384                       vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
385                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
386 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
387                       vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
388                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
389
390 static void x86_64_protection_init (void);
391 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
392 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
393 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
394
395 static pt_entry_t *pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
396 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
397
398 static void pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap);
399 static void pv_placemarker_wait(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark);
400 static void pv_placemarker_wakeup(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark);
401
402 static int
403 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
404 {
405         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
406                 return(-1);
407         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
408                 return(1);
409         return(0);
410 }
411
412 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
413              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
414
415 /*
416  * Keep track of pages in the pmap.  The procedure is handed
417  * the vm_page->md.pmap_count value prior to an increment or
418  * decrement.
419  *
420  *      t_arm           - Active real memory
421  *      t_avm           - Active virtual memory
422  *      t_armshr        - Active real memory that is also shared
423  *      t_avmshr        - Active virtual memory that is also shared
424  *
425  * NOTE: At the moment t_avm is effectively just the same as t_arm.
426  */
427 static __inline
428 void
429 pmap_page_stats_adding(long prev_count)
430 {
431         globaldata_t gd = mycpu;
432
433         if (prev_count == 0) {
434                 ++gd->gd_vmtotal.t_arm;
435                 ++gd->gd_vmtotal.t_avm;
436         } else if (prev_count == 1) {
437                 ++gd->gd_vmtotal.t_armshr;
438                 ++gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
439         } else {
440                 ++gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
441         }
442 }
443
444 static __inline
445 void
446 pmap_page_stats_deleting(long prev_count)
447 {
448         globaldata_t gd = mycpu;
449
450         if (prev_count == 1) {
451                 --gd->gd_vmtotal.t_arm;
452                 --gd->gd_vmtotal.t_avm;
453         } else if (prev_count == 2) {
454                 --gd->gd_vmtotal.t_armshr;
455                 --gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
456         } else {
457                 --gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
458         }
459 }
460
461 /*
462  * We have removed a managed pte.  The page might not be hard or soft-busied
463  * at this point so we have to be careful.
464  *
465  * If advanced mode is enabled we can clear PG_MAPPED/WRITEABLE only if
466  * MAPPEDMULTI is not set.  This must be done atomically against possible
467  * concurrent pmap_enter()s occurring at the same time.  If MULTI is set
468  * then the kernel may have to call vm_page_protect() later on to clean
469  * the bits up.  This is particularly important for kernel_map/kernel_object
470  * mappings due to the expense of scanning the kernel_object's vm_backing's.
471  *
472  * If advanced mode is not enabled we update our tracking counts and
473  * synchronize PG_MAPPED/WRITEABLE later on in pmap_mapped_sync().
474  */
475 static __inline
476 void
477 pmap_removed_pte(vm_page_t m, pt_entry_t pte)
478 {
479 #ifdef PMAP_ADVANCED
480         int flags;
481         int nflags;
482
483         flags = m->flags;
484         cpu_ccfence();
485         while ((flags & PG_MAPPEDMULTI) == 0) {
486                 nflags = flags & ~(PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
487                 if (atomic_fcmpset_int(&m->flags, &flags, nflags))
488                         break;
489         }
490 #else
491         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
492                 atomic_add_long(&p->md.writeable_count, -1);
493         pmap_page_stats_deleting(atomic_fetchadd_long(&p->md.pmap_count, -1));
494 #endif
495 }
496
497 /*
498  * Move the kernel virtual free pointer to the next
499  * 2MB.  This is used to help improve performance
500  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
501  * (.text, .data, .bss)
502  */
503 static
504 vm_offset_t
505 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
506 {
507         vm_offset_t newaddr = addr;
508
509         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
510         return newaddr;
511 }
512
513 /*
514  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
515  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
516  *
517  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
518  * We want to properly translate negative KVAs.
519  */
520 static __inline
521 vm_pindex_t
522 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
523 {
524         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
525 }
526
527 /*
528  * Returns the pindex of a page table.
529  */
530 static __inline
531 vm_pindex_t
532 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
533 {
534         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
535 }
536
537 /*
538  * Returns the pindex of a page directory.
539  */
540 static __inline
541 vm_pindex_t
542 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
543 {
544         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
545                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
546 }
547
548 static __inline
549 vm_pindex_t
550 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
551 {
552         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
553                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
554 }
555
556 static __inline
557 vm_pindex_t
558 pmap_pml4_pindex(void)
559 {
560         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
561 }
562
563 /*
564  * Return various clipped indexes for a given VA
565  *
566  * Returns the index of a pt in a page directory, representing a page
567  * table.
568  */
569 static __inline
570 vm_pindex_t
571 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
572 {
573         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
574 }
575
576 /*
577  * Returns the index of a pd in a page directory page, representing a page
578  * directory.
579  */
580 static __inline
581 vm_pindex_t
582 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
583 {
584         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
585 }
586
587 /*
588  * Returns the index of a pdp in the pml4 table, representing a page
589  * directory page.
590  */
591 static __inline
592 vm_pindex_t
593 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
594 {
595         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
596 }
597
598 /*
599  * Of all the layers (PTE, PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
600  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
601  * We also cache the PTE layer to (hopefully) improve relative lookup
602  * speeds.
603  *
604  * NOTE: The pmap spinlock does not need to be held but the passed-in pv
605  *       must be in a known associated state (typically by being locked when
606  *       the pmap spinlock isn't held).  We allow the race for that case.
607  *
608  * NOTE: pm_pvhint* is only accessed (read) with the spin-lock held, using
609  *       cpu_ccfence() to prevent compiler optimizations from reloading the
610  *       field.
611  */
612 static __inline
613 void
614 pv_cache(pmap_t pmap, pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
615 {
616         if (pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
617                 ;
618         } else if (pindex < pmap_pd_pindex(0)) {
619                 pmap->pm_pvhint_pt = pv;
620         }
621 }
622
623 /*
624  * Locate the requested pt_entry
625  */
626 static __inline
627 pv_entry_t
628 pv_entry_lookup(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
629 {
630         pv_entry_t pv;
631
632         if (pindex < pmap_pt_pindex(0))
633                 return NULL;
634 #if 1
635         if (pindex < pmap_pd_pindex(0))
636                 pv = pmap->pm_pvhint_pt;
637         else
638                 pv = NULL;
639         cpu_ccfence();
640         if (pv == NULL || pv->pv_pmap != pmap) {
641                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
642                 if (pv)
643                         pv_cache(pmap, pv, pindex);
644         } else if (pv->pv_pindex != pindex) {
645                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP_REL(&pmap->pm_pvroot,
646                                                     pindex, pv);
647                 if (pv)
648                         pv_cache(pmap, pv, pindex);
649         }
650 #else
651         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
652 #endif
653         return pv;
654 }
655
656 /*
657  * pmap_pte_quick:
658  *
659  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
660  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
661  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
662  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
663  */
664 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
665
666 static
667 pt_entry_t *
668 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
669 {
670         return pmap_pte(pmap, va);
671 }
672
673 /*
674  * The placemarker hash must be broken up into four zones so lock
675  * ordering semantics continue to work (e.g. pte, pt, pd, then pdp).
676  *
677  * Placemarkers are used to 'lock' page table indices that do not have
678  * a pv_entry.  This allows the pmap to support managed and unmanaged
679  * pages and shared page tables.
680  */
681 #define PM_PLACE_BASE   (PM_PLACEMARKS >> 2)
682
683 static __inline
684 vm_pindex_t *
685 pmap_placemarker_hash(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
686 {
687         int hi;
688
689         if (pindex < pmap_pt_pindex(0))         /* zone 0 - PTE */
690                 hi = 0;
691         else if (pindex < pmap_pd_pindex(0))    /* zone 1 - PT */
692                 hi = PM_PLACE_BASE;
693         else if (pindex < pmap_pdp_pindex(0))   /* zone 2 - PD */
694                 hi = PM_PLACE_BASE << 1;
695         else                                    /* zone 3 - PDP (and PML4E) */
696                 hi = PM_PLACE_BASE | (PM_PLACE_BASE << 1);
697         hi += pindex & (PM_PLACE_BASE - 1);
698
699         return (&pmap->pm_placemarks[hi]);
700 }
701
702
703 /*
704  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
705  *
706  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
707  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
708  */
709 static
710 void *
711 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
712 {
713         pt_entry_t *pte;
714
715         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
716         return(&pte[pindex]);
717 }
718
719 /*
720  * Return pointer to PDP slot in the PML4
721  */
722 static __inline
723 pml4_entry_t *
724 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
725 {
726         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
727 }
728
729 /*
730  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
731  */
732 static __inline
733 pdp_entry_t *
734 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
735 {
736         pdp_entry_t *pd;
737
738         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
739         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
740 }
741
742 /*
743  * Return pointer to PD slot in the PDP.
744  */
745 static __inline
746 pdp_entry_t *
747 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
748 {
749         pml4_entry_t *pdp;
750
751         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
752         if ((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
753                 return NULL;
754         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
755 }
756
757 /*
758  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
759  */
760 static __inline
761 pd_entry_t *
762 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
763 {
764         pd_entry_t *pt;
765
766         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
767         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
768 }
769
770 /*
771  * Return pointer to PT slot in the PD
772  *
773  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
774  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
775  *                   must look it up via the pmap.
776  */
777 static __inline
778 pd_entry_t *
779 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
780 {
781         pdp_entry_t *pd;
782         pv_entry_t pv;
783         vm_pindex_t pd_pindex;
784         vm_paddr_t phys;
785
786         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
787                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
788                 spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
789                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
790                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL) {
791                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
792                         return NULL;
793                 }
794                 phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m);
795                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
796                 return (pmap_pd_to_pt(phys, va));
797         } else {
798                 pd = pmap_pd(pmap, va);
799                 if (pd == NULL || (*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
800                          return NULL;
801                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
802         }
803 }
804
805 /*
806  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
807  */
808 static __inline
809 pt_entry_t *
810 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
811 {
812         pt_entry_t *pte;
813
814         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
815         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
816 }
817
818 /*
819  * Return pointer to PTE slot in the PT
820  */
821 static __inline
822 pt_entry_t *
823 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
824 {
825         pd_entry_t *pt;
826
827         pt = pmap_pt(pmap, va);
828         if (pt == NULL || (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
829                  return NULL;
830         if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) != 0)
831                 return ((pt_entry_t *)pt);
832         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
833 }
834
835 /*
836  * Return address of PT slot in PD (KVM only)
837  *
838  * Cannot be used for user page tables because it might interfere with
839  * the shared page-table-page optimization (pmap_mmu_optimize).
840  */
841 static __inline
842 pd_entry_t *
843 vtopt(vm_offset_t va)
844 {
845         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
846                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
847
848         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
849 }
850
851 /*
852  * KVM - return address of PTE slot in PT
853  */
854 static __inline
855 pt_entry_t *
856 vtopte(vm_offset_t va)
857 {
858         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
859                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
860
861         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
862 }
863
864 /*
865  * Returns the physical address translation from va for a user address.
866  * (vm_paddr_t)-1 is returned on failure.
867  */
868 vm_paddr_t
869 uservtophys(vm_offset_t va)
870 {
871         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
872                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
873         vm_paddr_t pa;
874         pt_entry_t pte;
875         pmap_t pmap;
876
877         pmap = vmspace_pmap(mycpu->gd_curthread->td_lwp->lwp_vmspace);
878         pa = (vm_paddr_t)-1;
879         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
880                 pte = kreadmem64(PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
881                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])
882                         pa = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
883         }
884         return pa;
885 }
886
887 static uint64_t
888 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
889 {
890         uint64_t ret;
891
892         ret = *firstaddr;
893         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
894         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
895         return (ret);
896 }
897
898 static
899 void
900 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
901 {
902         long i;         /* must be 64 bits */
903         long nkpt_base;
904         long nkpt_phys;
905         long nkpd_phys;
906         int j;
907
908         /*
909          * We are running (mostly) V=P at this point
910          *
911          * Calculate how many 1GB PD entries in our PDP pages are needed
912          * for the DMAP.  This is only allocated if the system does not
913          * support 1GB pages.  Otherwise ndmpdp is simply a count of
914          * the number of 1G terminal entries in our PDP pages are needed.
915          *
916          * NOTE: Maxmem is in pages
917          */
918         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
919         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
920                 ndmpdp = 4;
921         KKASSERT(ndmpdp <= NDMPML4E * NPML4EPG);
922         DMapMaxAddress = DMAP_MIN_ADDRESS +
923                          ((ndmpdp * NPDEPG) << PDRSHIFT);
924
925         /*
926          * Starting at KERNBASE - map all 2G worth of page table pages.
927          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.  This will accomodate
928          * all KVM allocations above KERNBASE, including the SYSMAPs below.
929          *
930          * We do this by allocating 2*512 PT pages.  Each PT page can map
931          * 2MB, for 2GB total.
932          */
933         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
934
935         /*
936          * Starting at the beginning of kvm (VM_MIN_KERNEL_ADDRESS),
937          * Calculate how many page table pages we need to preallocate
938          * for early vm_map allocations.
939          *
940          * A few extra won't hurt, they will get used up in the running
941          * system.
942          *
943          * vm_page array
944          * initial pventry's
945          */
946         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
947         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
948         nkpt_phys += 128;       /* a few extra */
949
950         /*
951          * The highest value nkpd_phys can be set to is
952          * NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI) (i.e. NKPDPE - 2).
953          *
954          * Doing so would cause all PD pages to be pre-populated for
955          * a maximal KVM space (approximately 16*512 pages, or 32MB.
956          * We can save memory by not doing this.
957          */
958         nkpd_phys = (nkpt_phys + NPDPEPG - 1) / NPDPEPG;
959
960         /*
961          * Allocate pages
962          *
963          * Normally NKPML4E=1-16 (1-16 kernel PDP page)
964          * Normally NKPDPE= NKPML4E*512-1 (511 min kernel PD pages)
965          *
966          * Only allocate enough PD pages
967          * NOTE: We allocate all kernel PD pages up-front, typically
968          *       ~511G of KVM, requiring 511 PD pages.
969          */
970         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);     /* KERNBASE to end */
971         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);     /* KVA start */
972         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);           /* recursive PML4 map */
973         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);      /* kernel PDP pages */
974         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpd_phys);     /* kernel PD pages */
975
976         /*
977          * Alloc PD pages for the area starting at KERNBASE.
978          */
979         KPDbase = allocpages(firstaddr, NPDPEPG - KPDPI);
980
981         /*
982          * Stuff for our DMAP.  Use 2MB pages even when 1GB pages
983          * are available in order to allow APU code to adjust page
984          * attributes on a fixed grain (see pmap_change_attr()).
985          */
986         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
987 #if 1
988         DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
989 #else
990         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
991                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
992 #endif
993         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
994
995         /*
996          * Fill in the underlying page table pages for the area around
997          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
998          *
999          * Read-only from zero to physfree
1000          * XXX not fully used, underneath 2M pages
1001          */
1002         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
1003                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
1004                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |=
1005                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1006                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1007                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
1008         }
1009
1010         /*
1011          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
1012          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
1013          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
1014          * data, bss, and initial pre-allocations.
1015          */
1016         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
1017                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
1018                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
1019                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1020                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
1021         }
1022         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
1023                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1024                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |=
1025                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1026                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
1027         }
1028
1029         /*
1030          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
1031          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
1032          * above in the KERNBASE area.
1033          */
1034         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
1035                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
1036                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
1037                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1038                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1039                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1040                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
1041         }
1042
1043         /*
1044          * Load PD addresses into the PDP pages for primary KVA space to
1045          * cover existing page tables.  PD's for KERNBASE are handled in
1046          * the next loop.
1047          *
1048          * expected to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
1049          */
1050         for (i = 0; i < nkpd_phys; i++) {
1051                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NKPML4E * NPDPEPG - NKPDPE + i] =
1052                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
1053                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NKPML4E * NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
1054                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1055                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1056                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1057         }
1058
1059         /*
1060          * Load PDs for KERNBASE to the end
1061          */
1062         i = (NKPML4E - 1) * NPDPEPG + KPDPI;
1063         for (j = 0; j < NPDPEPG - KPDPI; ++j) {
1064                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + j] =
1065                                 KPDbase + (j << PAGE_SHIFT);
1066                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[i + j] |=
1067                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1068                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1069                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1070         }
1071
1072         /*
1073          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
1074          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
1075          *
1076          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
1077          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
1078          *
1079          * Stuff for our DMAP.  Use 2MB pages even when 1GB pages
1080          * are available in order to allow APU code to adjust page
1081          * attributes on a fixed grain (see pmap_change_attr()).
1082          */
1083 #if 0
1084         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
1085 #endif
1086         {
1087                 /*
1088                  * Use 2MB pages
1089                  */
1090                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
1091                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
1092                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |=
1093                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1094                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1095                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1096                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
1097                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
1098                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1099                 }
1100
1101                 /*
1102                  * And the direct map space's PDP
1103                  */
1104                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
1105                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
1106                                                         (i << PAGE_SHIFT);
1107                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
1108                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1109                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1110                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1111                 }
1112         }
1113 #if 0
1114         else {
1115                 /*
1116                  * 1GB pages
1117                  */
1118                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
1119                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
1120                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1121                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
1122                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1123                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1124                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
1125                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
1126                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
1127                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1128                 }
1129         }
1130 #endif
1131
1132         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1133         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
1134         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |=
1135             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1136             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1137             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1138
1139         /*
1140          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
1141          */
1142         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1143                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
1144                     (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
1145                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1146                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1147                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1148         }
1149
1150         /*
1151          * Connect the KVA slot up to the PML4
1152          */
1153         for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
1154                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I + j] =
1155                     KPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT);
1156                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I + j] |=
1157                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
1158                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
1159                     pmap_bits_default[PG_A_IDX];
1160         }
1161         cpu_mfence();
1162         cpu_invltlb();
1163 }
1164
1165 /*
1166  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1167  *
1168  *      On x86_64 this is called after mapping has already been enabled
1169  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1170  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1171  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1172  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1173  *      (physical) address starting relative to 0]
1174  */
1175 void
1176 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1177 {
1178         vm_offset_t va;
1179         pt_entry_t *pte;
1180         int i;
1181
1182         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1183         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1184         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
1185
1186         avail_start = *firstaddr;
1187
1188         /*
1189          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1190          */
1191         create_pagetables(firstaddr);
1192
1193         virtual2_start = KvaStart;
1194         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
1195
1196         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
1197         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
1198
1199         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1200
1201         /* XXX do %cr0 as well */
1202         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
1203         load_cr3(KPML4phys);
1204
1205         /*
1206          * Initialize protection array.
1207          */
1208         x86_64_protection_init();
1209
1210         /*
1211          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
1212          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
1213          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
1214          */
1215         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1216         kernel_pmap.pm_count = 1;
1217         CPUMASK_ASSALLONES(kernel_pmap.pm_active);
1218         RB_INIT(&kernel_pmap.pm_pvroot);
1219         spin_init(&kernel_pmap.pm_spin, "pmapbootstrap");
1220         for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
1221                 kernel_pmap.pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
1222
1223         /*
1224          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1225          * mapping of pages.
1226          */
1227 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1228         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1229
1230         va = virtual_start;
1231         pte = vtopte(va);
1232
1233         /*
1234          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
1235          */
1236         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
1237
1238         /*
1239          * Crashdump maps.
1240          */
1241         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
1242
1243         /*
1244          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
1245          * /dev/mem.
1246          */
1247         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
1248
1249         /*
1250          * msgbufp is used to map the system message buffer.
1251          * XXX msgbufmap is not used.
1252          */
1253         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
1254                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
1255
1256         virtual_start = va;
1257         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
1258
1259         *CMAP1 = 0;
1260
1261         /*
1262          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
1263          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
1264          * works under UP because self-referential page table mappings
1265          */
1266 //      pgeflag = 0;
1267
1268         cpu_invltlb();
1269
1270         /* Initialize the PAT MSR */
1271         pmap_init_pat();
1272         pmap_pinit_defaults(&kernel_pmap);
1273
1274         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_fast_kernel_cpusync",
1275                           &pmap_fast_kernel_cpusync);
1276
1277 }
1278
1279 /*
1280  * Setup the PAT MSR.
1281  */
1282 void
1283 pmap_init_pat(void)
1284 {
1285         uint64_t pat_msr;
1286         u_long cr0, cr4;
1287         int i;
1288
1289         /*
1290          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
1291          * The default values effectively ignore the PATi bit by
1292          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
1293          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
1294          */
1295         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
1296                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
1297                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
1298                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
1299                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
1300                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
1301                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
1302                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
1303         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
1304         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | X86_PG_NC_PWT;
1305         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = X86_PG_NC_PCD;
1306         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = X86_PG_NC_PCD | X86_PG_NC_PWT;
1307         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1308         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1309
1310         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
1311                 /*
1312                  * If we support the PAT then set-up entries for
1313                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
1314                  * 5 and 6.
1315                  */
1316                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
1317                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED);
1318                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(6)) |
1319                           PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1320                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PWT;
1321                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PCD;
1322
1323                 /*
1324                  * Then enable the PAT
1325                  */
1326
1327                 /* Disable PGE. */
1328                 cr4 = rcr4();
1329                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1330
1331                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1332                 cr0 = rcr0();
1333                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1334
1335                 /* Flushes caches and TLBs. */
1336                 wbinvd();
1337                 cpu_invltlb();
1338
1339                 /* Update PAT and index table. */
1340                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1341
1342                 /* Flush caches and TLBs again. */
1343                 wbinvd();
1344                 cpu_invltlb();
1345
1346                 /* Restore caches and PGE. */
1347                 load_cr0(cr0);
1348                 load_cr4(cr4);
1349                 PatMsr = pat_msr;
1350         }
1351
1352         for (i = 0; i < 8; ++i) {
1353                 pt_entry_t pte;
1354
1355                 pte = pat_pte_index[i];
1356                 if (pte & X86_PG_PTE_PAT) {
1357                         pte &= ~X86_PG_PTE_PAT;
1358                         pte |= X86_PG_PDE_PAT;
1359                 }
1360                 pat_pde_index[i] = pte;
1361         }
1362 }
1363
1364 /*
1365  * Set 4mb pdir for mp startup
1366  */
1367 void
1368 pmap_set_opt(void)
1369 {
1370         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
1371                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
1372                 if (mycpu->gd_cpuid == 0)       /* only on BSP */
1373                         cpu_invltlb();
1374         }
1375
1376         /*
1377          * Check for SMAP support and enable if available.  Must be done
1378          * after cr3 is loaded, and on all cores.
1379          */
1380         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP) {
1381                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMAP);
1382         }
1383         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP) {
1384                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1385         }
1386 }
1387
1388 /*
1389  * Early initialization of the pmap module.
1390  *
1391  * Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1392  * system needs to map virtual memory.  pmap_init has been enhanced to
1393  * support in a fairly consistant way, discontiguous physical memory.
1394  */
1395 void
1396 pmap_init(void)
1397 {
1398         vm_pindex_t initial_pvs;
1399         vm_pindex_t i;
1400
1401         /*
1402          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
1403          * pv_head_table.
1404          */
1405         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1406                 vm_page_t m;
1407
1408                 m = &vm_page_array[i];
1409 #ifdef PMAP_ADVANCED
1410                 m->md.interlock_count = 0;
1411 #else
1412                 m->md.pmap_count = 0;
1413                 m->md.writeable_count = 0;
1414 #endif
1415         }
1416
1417         /*
1418          * init the pv free list
1419          */
1420         initial_pvs = vm_page_array_size;
1421         if (initial_pvs < MINPV)
1422                 initial_pvs = MINPV;
1423         pvzone = &pvzone_store;
1424         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
1425                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry),
1426                                     VM_SUBSYS_PVENTRY);
1427         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
1428                   pvinit, initial_pvs);
1429
1430         /*
1431          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1432          */
1433         pmap_initialized = TRUE;
1434 }
1435
1436 /*
1437  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1438  * high water mark so that the system can recover from excessive
1439  * numbers of pv entries.
1440  *
1441  * Also create the kernel page table template for isolated user
1442  * pmaps.
1443  */
1444 static void pmap_init_iso_range(vm_offset_t base, size_t bytes);
1445 static void pmap_init2_iso_pmap(void);
1446 #if 0
1447 static void dump_pmap(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, int level, vm_offset_t base);
1448 #endif
1449
1450 void
1451 pmap_init2(void)
1452 {
1453         vm_pindex_t entry_max;
1454
1455         /*
1456          * We can significantly reduce pv_entry_max from historical
1457          * levels because pv_entry's are no longer use for PTEs at the
1458          * leafs.  This prevents excessive pcpu caching on many-core
1459          * boxes (even with the further '/ 16' done in zinitna().
1460          *
1461          * Remember, however, that processes can share physical pages
1462          * with each process still needing the pdp/pd/pt infrstructure
1463          * (which still use pv_entry's).  And don't just assume that
1464          * every PT will be completely filled up.  So don't make it
1465          * too small.
1466          */
1467         entry_max = maxproc * 32 + vm_page_array_size / 16;
1468         TUNABLE_LONG_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &entry_max);
1469         vm_pmap_pv_entries = entry_max;
1470
1471         /*
1472          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1473          */
1474         if (entry_max <= MINPV)
1475                 entry_max = MINPV;
1476
1477         zinitna(pvzone, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT);
1478
1479         /*
1480          * Enable dynamic deletion of empty higher-level page table pages
1481          * by default only if system memory is < 8GB (use 7GB for slop).
1482          * This can save a little memory, but imposes significant
1483          * performance overhead for things like bulk builds, and for programs
1484          * which do a lot of memory mapping and memory unmapping.
1485          */
1486 #if 0
1487         if (pmap_dynamic_delete < 0) {
1488                 if (vmstats.v_page_count < 7LL * 1024 * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE)
1489                         pmap_dynamic_delete = 1;
1490                 else
1491                         pmap_dynamic_delete = 0;
1492         }
1493 #endif
1494         /*
1495          * Disable so vm_map_backing iterations do not race
1496          */
1497         pmap_dynamic_delete = 0;
1498
1499         /*
1500          * Automatic detection of Intel meltdown bug requiring user/kernel
1501          * mmap isolation.
1502          *
1503          * Currently there are so many Intel cpu's impacted that its better
1504          * to whitelist future Intel CPUs.  Most? AMD cpus are not impacted
1505          * so the default is off for AMD.
1506          */
1507         if (meltdown_mitigation < 0) {
1508                 if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL)
1509                         meltdown_mitigation = 1;
1510                 else
1511                         meltdown_mitigation = 0;
1512         }
1513         if (meltdown_mitigation) {
1514                 kprintf("machdep.meltdown_mitigation enabled to "
1515                         "protect against (mostly Intel) meltdown bug\n");
1516                 kprintf("system call performance will be impacted\n");
1517         }
1518
1519         pmap_init2_iso_pmap();
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Create the isolation pmap template.  Once created, the template
1524  * is static and its PML4e entries are used to populate the
1525  * kernel portion of any isolated user pmaps.
1526  *
1527  * Our isolation pmap must contain:
1528  * (1) trampoline area for all cpus
1529  * (2) common_tss area for all cpus (its part of the trampoline area now)
1530  * (3) IDT for all cpus
1531  * (4) GDT for all cpus
1532  */
1533 static void
1534 pmap_init2_iso_pmap(void)
1535 {
1536         int n;
1537
1538         if (bootverbose)
1539                 kprintf("Initialize isolation pmap\n");
1540
1541         /*
1542          * Try to use our normal API calls to make this easier.  We have
1543          * to scrap the shadowed kernel PDPs pmap_pinit() creates for our
1544          * iso_pmap.
1545          */
1546         pmap_pinit(&iso_pmap);
1547         bzero(iso_pmap.pm_pml4, PAGE_SIZE);
1548
1549         /*
1550          * Install areas needed by the cpu and trampoline.
1551          */
1552         for (n = 0; n < ncpus; ++n) {
1553                 struct privatespace *ps;
1554
1555                 ps = CPU_prvspace[n];
1556                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->trampoline,
1557                                     sizeof(ps->trampoline));
1558                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->dblstack,
1559                                     sizeof(ps->dblstack));
1560                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->dbgstack,
1561                                     sizeof(ps->dbgstack));
1562                 pmap_init_iso_range((vm_offset_t)&ps->common_tss,
1563                                     sizeof(ps->common_tss));
1564                 pmap_init_iso_range(r_idt_arr[n].rd_base,
1565                                     r_idt_arr[n].rd_limit + 1);
1566         }
1567         pmap_init_iso_range((register_t)gdt, sizeof(gdt));
1568         pmap_init_iso_range((vm_offset_t)(int *)btext,
1569                             (vm_offset_t)(int *)etext -
1570                              (vm_offset_t)(int *)btext);
1571
1572 #if 0
1573         kprintf("Dump iso_pmap:\n");
1574         dump_pmap(&iso_pmap, vtophys(iso_pmap.pm_pml4), 0, 0);
1575         kprintf("\nDump kernel_pmap:\n");
1576         dump_pmap(&kernel_pmap, vtophys(kernel_pmap.pm_pml4), 0, 0);
1577 #endif
1578 }
1579
1580 /*
1581  * This adds a kernel virtual address range to the isolation pmap.
1582  */
1583 static void
1584 pmap_init_iso_range(vm_offset_t base, size_t bytes)
1585 {
1586         pv_entry_t pv;
1587         pv_entry_t pvp;
1588         pt_entry_t *ptep;
1589         pt_entry_t pte;
1590         vm_offset_t va;
1591
1592         if (bootverbose) {
1593                 kprintf("isolate %016jx-%016jx (%zd)\n",
1594                         base, base + bytes, bytes);
1595         }
1596         va = base & ~(vm_offset_t)PAGE_MASK;
1597         while (va < base + bytes) {
1598                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= base + bytes &&
1599                     (ptep = pmap_pt(&kernel_pmap, va)) != NULL &&
1600                     (*ptep & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) &&
1601                     (*ptep & kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX])) {
1602                         /*
1603                          * Use 2MB pages if possible
1604                          */
1605                         pte = *ptep;
1606                         pv = pmap_allocpte(&iso_pmap, pmap_pd_pindex(va), &pvp);
1607                         ptep = pv_pte_lookup(pv, (va >> PDRSHIFT) & 511);
1608                         *ptep = pte;
1609                         va += NBPDR;
1610                 } else {
1611                         /*
1612                          * Otherwise use 4KB pages
1613                          */
1614                         pv = pmap_allocpte(&iso_pmap, pmap_pt_pindex(va), &pvp);
1615                         ptep = pv_pte_lookup(pv, (va >> PAGE_SHIFT) & 511);
1616                         *ptep = vtophys(va) | kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1617                                               kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
1618                                               kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX] |
1619                                               kernel_pmap.pmap_bits[PG_M_IDX];
1620
1621                         va += PAGE_SIZE;
1622                 }
1623                 pv_put(pv);
1624                 pv_put(pvp);
1625         }
1626 }
1627
1628 #if 0
1629 /*
1630  * Useful debugging pmap dumper, do not remove (#if 0 when not in use)
1631  */
1632 static
1633 void
1634 dump_pmap(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, int level, vm_offset_t base)
1635 {
1636         pt_entry_t *ptp;
1637         vm_offset_t incr;
1638         int i;
1639
1640         switch(level) {
1641         case 0:                                 /* PML4e page, 512G entries */
1642                 incr = (1LL << 48) / 512;
1643                 break;
1644         case 1:                                 /* PDP page, 1G entries */
1645                 incr = (1LL << 39) / 512;
1646                 break;
1647         case 2:                                 /* PD page, 2MB entries */
1648                 incr = (1LL << 30) / 512;
1649                 break;
1650         case 3:                                 /* PT page, 4KB entries */
1651                 incr = (1LL << 21) / 512;
1652                 break;
1653         default:
1654                 incr = 0;
1655                 break;
1656         }
1657
1658         if (level == 0)
1659                 kprintf("cr3 %016jx @ va=%016jx\n", pte, base);
1660         ptp = (void *)PHYS_TO_DMAP(pte & ~(pt_entry_t)PAGE_MASK);
1661         for (i = 0; i < 512; ++i) {
1662                 if (level == 0 && i == 128)
1663                         base += 0xFFFF000000000000LLU;
1664                 if (ptp[i]) {
1665                         kprintf("%*.*s ", level * 4, level * 4, "");
1666                         if (level == 1 && (ptp[i] & 0x180) == 0x180) {
1667                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx (1GB)\n",
1668                                         base, i, ptp[i]);
1669                         } else if (level == 2 && (ptp[i] & 0x180) == 0x180) {
1670                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx (2MB)\n",
1671                                         base, i, ptp[i]);
1672                         } else if (level == 3) {
1673                                 kprintf("va=%016jx %3d term %016jx\n",
1674                                         base, i, ptp[i]);
1675                         } else {
1676                                 kprintf("va=%016jx %3d deep %016jx\n",
1677                                         base, i, ptp[i]);
1678                                 dump_pmap(pmap, ptp[i], level + 1, base);
1679                         }
1680                 }
1681                 base += incr;
1682         }
1683 }
1684
1685 #endif
1686
1687 /*
1688  * Typically used to initialize a fictitious page by vm/device_pager.c
1689  */
1690 void
1691 pmap_page_init(struct vm_page *m)
1692 {
1693         vm_page_init(m);
1694 #ifdef PMAP_ADVANCED
1695         m->md.interlock_count = 0;
1696 #else
1697         m->md.pmap_count = 0;
1698         m->md.writeable_count = 0;
1699 #endif
1700 }
1701
1702 /***************************************************
1703  * Low level helper routines.....
1704  ***************************************************/
1705
1706 /*
1707  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1708  * The page must be wired for this to work reliably.
1709  */
1710 vm_paddr_t 
1711 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va, void **handlep)
1712 {
1713         vm_paddr_t rtval;
1714         pv_entry_t pt_pv;
1715         pt_entry_t *ptep;
1716
1717         rtval = 0;
1718         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1719                 /*
1720                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1721                  * there is typically no PV tracking of pte's
1722                  */
1723                 pd_entry_t *pt;
1724
1725                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1726                 if (pt && (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
1727                         if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1728                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1729                                 rtval |= va & PDRMASK;
1730                         } else {
1731                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1732                                 if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1733                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1734                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1735                                 }
1736                         }
1737                 }
1738                 if (handlep)
1739                         *handlep = NULL;
1740         } else {
1741                 /*
1742                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1743                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1744                  * will have a PV.
1745                  */
1746                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
1747                 if (pt_pv) {
1748                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1749                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1750                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1751                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1752                         }
1753                         if (handlep)
1754                                 *handlep = pt_pv;       /* locked until done */
1755                         else
1756                                 pv_put (pt_pv);
1757                 } else if (handlep) {
1758                         *handlep = NULL;
1759                 }
1760         }
1761         return rtval;
1762 }
1763
1764 void
1765 pmap_extract_done(void *handle)
1766 {
1767         if (handle)
1768                 pv_put((pv_entry_t)handle);
1769 }
1770
1771 /*
1772  * Similar to extract but checks protections, SMP-friendly short-cut for
1773  * vm_fault_page[_quick]().  Can return NULL to cause the caller to
1774  * fall-through to the real fault code.  Does not work with HVM page
1775  * tables.
1776  *
1777  * if busyp is NULL the returned page, if not NULL, is held (and not busied).
1778  *
1779  * If busyp is not NULL and this function sets *busyp non-zero, the returned
1780  * page is busied (and not held).
1781  *
1782  * If busyp is not NULL and this function sets *busyp to zero, the returned
1783  * page is held (and not busied).
1784  *
1785  * If VM_PROT_WRITE is set in prot, and the pte is already writable, the
1786  * returned page will be dirtied.  If the pte is not already writable NULL
1787  * is returned.  In otherwords, if the bit is set and a vm_page_t is returned,
1788  * any COW will already have happened and that page can be written by the
1789  * caller.
1790  *
1791  * WARNING! THE RETURNED PAGE IS ONLY HELD AND NOT SUITABLE FOR READING
1792  *          OR WRITING AS-IS.
1793  */
1794 vm_page_t
1795 pmap_fault_page_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot, int *busyp)
1796 {
1797         if (pmap &&
1798             va < VM_MAX_USER_ADDRESS &&
1799             (pmap->pm_flags & PMAP_HVM) == 0) {
1800                 pv_entry_t pt_pv;
1801                 pv_entry_t pte_pv;
1802                 pt_entry_t *ptep;
1803                 pt_entry_t req;
1804                 vm_page_t m;
1805                 int error;
1806
1807                 req = pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1808                       pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1809                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
1810                         req |= pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
1811
1812                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
1813                 if (pt_pv == NULL)
1814                         return (NULL);
1815                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1816                 if ((*ptep & req) != req) {
1817                         pv_put(pt_pv);
1818                         return (NULL);
1819                 }
1820                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL, &error);
1821                 if (pte_pv && error == 0) {
1822                         m = pte_pv->pv_m;
1823                         if (prot & VM_PROT_WRITE) {
1824                                 /* interlocked by presence of pv_entry */
1825                                 vm_page_dirty(m);
1826                         }
1827                         if (busyp) {
1828                                 if (prot & VM_PROT_WRITE) {
1829                                         if (vm_page_busy_try(m, TRUE))
1830                                                 m = NULL;
1831                                         *busyp = 1;
1832                                 } else {
1833                                         vm_page_hold(m);
1834                                         *busyp = 0;
1835                                 }
1836                         } else {
1837                                 vm_page_hold(m);
1838                         }
1839                         pv_put(pte_pv);
1840                 } else if (pte_pv) {
1841                         pv_drop(pte_pv);
1842                         m = NULL;
1843                 } else {
1844                         /* error, since we didn't request a placemarker */
1845                         m = NULL;
1846                 }
1847                 pv_put(pt_pv);
1848                 return(m);
1849         } else {
1850                 return(NULL);
1851         }
1852 }
1853
1854 /*
1855  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1856  */
1857 vm_paddr_t
1858 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1859 {
1860         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1861         vm_paddr_t pa;
1862
1863         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1864                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1865         } else {
1866                 pt = *vtopt(va);
1867                 if (pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1868                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1869                 } else {
1870                         /*
1871                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1872                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1873                          * be used to access the PTE because it would use the
1874                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1875                          * because the page table page is preserved by the
1876                          * promotion.
1877                          */
1878                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1879                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1880                 }
1881         }
1882         return pa;
1883 }
1884
1885 /***************************************************
1886  * Low level mapping routines.....
1887  ***************************************************/
1888
1889 /*
1890  * Routine: pmap_kenter
1891  * Function:
1892  *      Add a wired page to the KVA
1893  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
1894  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
1895  */
1896 void 
1897 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1898 {
1899         pt_entry_t *ptep;
1900         pt_entry_t npte;
1901
1902         npte = pa |
1903                kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1904                kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1905 //             pgeflag;
1906         ptep = vtopte(va);
1907 #if 1
1908         pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, 1, ptep, npte);
1909 #else
1910         /* FUTURE */
1911         if (*ptep)
1912                 pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, ptep, npte);
1913         else
1914                 *ptep = npte;
1915 #endif
1916 }
1917
1918 /*
1919  * Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the mapping on the
1920  * current CPU.  Returns 0 if the previous pte was 0, 1 if it wasn't
1921  * (caller can conditionalize calling smp_invltlb()).
1922  */
1923 int
1924 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1925 {
1926         pt_entry_t *ptep;
1927         pt_entry_t npte;
1928         int res;
1929
1930         npte = pa | kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1931                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1932         // npte |= pgeflag;
1933         ptep = vtopte(va);
1934 #if 1
1935         res = 1;
1936 #else
1937         /* FUTURE */
1938         res = (*ptep != 0);
1939 #endif
1940         atomic_swap_long(ptep, npte);
1941         cpu_invlpg((void *)va);
1942
1943         return res;
1944 }
1945
1946 /*
1947  * Enter addresses into the kernel pmap but don't bother
1948  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
1949  * invalidation via pmap_rollup_inval().
1950  */
1951 int
1952 pmap_kenter_noinval(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1953 {
1954         pt_entry_t *ptep;
1955         pt_entry_t npte;
1956         int res;
1957
1958         npte = pa |
1959             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1960             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1961 //          pgeflag;
1962         ptep = vtopte(va);
1963 #if 1
1964         res = 1;
1965 #else
1966         /* FUTURE */
1967         res = (*ptep != 0);
1968 #endif
1969         atomic_swap_long(ptep, npte);
1970         cpu_invlpg((void *)va);
1971
1972         return res;
1973 }
1974
1975 /*
1976  * remove a page from the kernel pagetables
1977  */
1978 void
1979 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1980 {
1981         pt_entry_t *ptep;
1982
1983         ptep = vtopte(va);
1984         pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, 1, ptep, 0);
1985 }
1986
1987 void
1988 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1989 {
1990         pt_entry_t *ptep;
1991
1992         ptep = vtopte(va);
1993         (void)pte_load_clear(ptep);
1994         cpu_invlpg((void *)va);
1995 }
1996
1997 /*
1998  * Remove addresses from the kernel pmap but don't bother
1999  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
2000  * invalidation via pmap_rollup_inval().
2001  */
2002 void
2003 pmap_kremove_noinval(vm_offset_t va)
2004 {
2005         pt_entry_t *ptep;
2006
2007         ptep = vtopte(va);
2008         (void)pte_load_clear(ptep);
2009 }
2010
2011 /*
2012  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
2013  */
2014 void
2015 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
2016 {
2017         atomic_set_long(vtopte(va), kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX]);
2018         cpu_invlpg((void *)va);
2019 }
2020
2021 /* NOT USED
2022 void
2023 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
2024 {
2025         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
2026         cpu_invlpg((void *)va);
2027 }
2028 */
2029
2030 /*
2031  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
2032  * address space during the low level boot, typically to map the
2033  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
2034  *
2035  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
2036  * kernel text+data.
2037  *
2038  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
2039  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
2040  * have access to the related pointers.
2041  */
2042 vm_offset_t
2043 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2044 {
2045         vm_offset_t va;
2046         vm_offset_t va_start;
2047
2048         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
2049
2050         va_start = *virtp;
2051         va = va_start;
2052
2053         while (start < end) {
2054                 pmap_kenter_quick(va, start);
2055                 va += PAGE_SIZE;
2056                 start += PAGE_SIZE;
2057         }
2058         *virtp = va;
2059         return va_start;
2060 }
2061
2062 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
2063
2064 /*
2065  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2066  *
2067  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2068  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2069  * when moving pages into a different cache domain.
2070  */
2071 void
2072 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2073 {
2074         vm_offset_t daddr, eva;
2075         int i;
2076
2077         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2078             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
2079                 wbinvd();
2080         else {
2081                 cpu_mfence();
2082                 for (i = 0; i < count; i++) {
2083                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2084                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2085                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
2086                                 clflush(daddr);
2087                 }
2088                 cpu_mfence();
2089         }
2090 }
2091
2092 void
2093 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2094 {
2095         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2096             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2097         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2098             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2099
2100         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
2101                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
2102         } else {
2103                 /* Globally invalidate caches */
2104                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
2105         }
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Invalidate the specified range of virtual memory on all cpus associated
2110  * with the pmap.
2111  */
2112 void
2113 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2114 {
2115         pmap_inval_smp(pmap, sva, (eva - sva) >> PAGE_SHIFT, NULL, 0);
2116 }
2117
2118 /*
2119  * Add a list of wired pages to the kva.  This routine is used for temporary
2120  * kernel mappings such as those found in buffer cache buffer.  Page
2121  * modifications and accesses are not tracked or recorded.
2122  *
2123  * NOTE! Old mappings are simply overwritten, and we cannot assume relaxed
2124  *       semantics as previous mappings may have been zerod without any
2125  *       invalidation.
2126  *
2127  * The page *must* be wired.
2128  */
2129 static __inline void
2130 _pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count, int doinval)
2131 {
2132         vm_offset_t end_va;
2133         vm_offset_t va;
2134
2135         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2136
2137         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2138                 pt_entry_t pte;
2139                 pt_entry_t *ptep;
2140
2141                 ptep = vtopte(va);
2142                 pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) |
2143                         kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2144                         kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
2145                         kernel_pmap.pmap_cache_bits_pte[(*m)->pat_mode];
2146 //              pgeflag;
2147                 atomic_swap_long(ptep, pte);
2148                 m++;
2149         }
2150         if (doinval)
2151                 pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, beg_va, end_va);
2152 }
2153
2154 void
2155 pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
2156 {
2157         _pmap_qenter(beg_va, m, count, 1);
2158 }
2159
2160 void
2161 pmap_qenter_noinval(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
2162 {
2163         _pmap_qenter(beg_va, m, count, 0);
2164 }
2165
2166 /*
2167  * This routine jerks page mappings from the kernel -- it is meant only
2168  * for temporary mappings such as those found in buffer cache buffers.
2169  * No recording modified or access status occurs.
2170  *
2171  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
2172  */
2173 void
2174 pmap_qremove(vm_offset_t beg_va, int count)
2175 {
2176         vm_offset_t end_va;
2177         vm_offset_t va;
2178
2179         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2180
2181         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2182                 pt_entry_t *pte;
2183
2184                 pte = vtopte(va);
2185                 (void)pte_load_clear(pte);
2186                 cpu_invlpg((void *)va);
2187         }
2188         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, beg_va, end_va);
2189 }
2190
2191 /*
2192  * This routine removes temporary kernel mappings, only invalidating them
2193  * on the current cpu.  It should only be used under carefully controlled
2194  * conditions.
2195  */
2196 void
2197 pmap_qremove_quick(vm_offset_t beg_va, int count)
2198 {
2199         vm_offset_t end_va;
2200         vm_offset_t va;
2201
2202         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2203
2204         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2205                 pt_entry_t *pte;
2206
2207                 pte = vtopte(va);
2208                 (void)pte_load_clear(pte);
2209                 cpu_invlpg((void *)va);
2210         }
2211 }
2212
2213 /*
2214  * This routine removes temporary kernel mappings *without* invalidating
2215  * the TLB.  It can only be used on permanent kva reservations such as those
2216  * found in buffer cache buffers, under carefully controlled circumstances.
2217  *
2218  * NOTE: Repopulating these KVAs requires unconditional invalidation.
2219  *       (pmap_qenter() does unconditional invalidation).
2220  */
2221 void
2222 pmap_qremove_noinval(vm_offset_t beg_va, int count)
2223 {
2224         vm_offset_t end_va;
2225         vm_offset_t va;
2226
2227         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
2228
2229         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
2230                 pt_entry_t *pte;
2231
2232                 pte = vtopte(va);
2233                 (void)pte_load_clear(pte);
2234         }
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
2239  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
2240  */
2241 void
2242 pmap_init_thread(thread_t td)
2243 {
2244         /* enforce pcb placement & alignment */
2245         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
2246         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
2247         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
2248         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
2249 }
2250
2251 /*
2252  * This routine directly affects the fork perf for a process.
2253  */
2254 void
2255 pmap_init_proc(struct proc *p)
2256 {
2257 }
2258
2259 static void
2260 pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap)
2261 {
2262         bcopy(pmap_bits_default, pmap->pmap_bits,
2263               sizeof(pmap_bits_default));
2264         bcopy(protection_codes, pmap->protection_codes,
2265               sizeof(protection_codes));
2266         bcopy(pat_pte_index, pmap->pmap_cache_bits_pte,
2267               sizeof(pat_pte_index));
2268         bcopy(pat_pde_index, pmap->pmap_cache_bits_pde,
2269               sizeof(pat_pte_index));
2270         pmap->pmap_cache_mask_pte = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PTE_PAT;
2271         pmap->pmap_cache_mask_pde = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PDE_PAT;
2272         pmap->copyinstr = std_copyinstr;
2273         pmap->copyin = std_copyin;
2274         pmap->copyout = std_copyout;
2275         pmap->fubyte = std_fubyte;
2276         pmap->subyte = std_subyte;
2277         pmap->fuword32 = std_fuword32;
2278         pmap->fuword64 = std_fuword64;
2279         pmap->suword32 = std_suword32;
2280         pmap->suword64 = std_suword64;
2281         pmap->swapu32 = std_swapu32;
2282         pmap->swapu64 = std_swapu64;
2283         pmap->fuwordadd32 = std_fuwordadd32;
2284         pmap->fuwordadd64 = std_fuwordadd64;
2285 }
2286 /*
2287  * Initialize pmap0/vmspace0.
2288  *
2289  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
2290  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
2291  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
2292  */
2293 void
2294 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
2295 {
2296         int i;
2297
2298         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
2299         pmap->pm_count = 1;
2300         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
2301         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
2302         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
2303         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
2304         spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinit0");
2305         for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
2306                 pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
2307         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2308         pmap_pinit_defaults(pmap);
2309 }
2310
2311 /*
2312  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2313  * such as one in a vmspace structure.
2314  */
2315 static void
2316 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
2317 {
2318         int i;
2319
2320         /*
2321          * Misc initialization
2322          */
2323         pmap->pm_count = 1;
2324         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
2325         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
2326         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
2327         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
2328
2329         pmap_pinit_defaults(pmap);
2330
2331         /*
2332          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
2333          * for this).
2334          */
2335         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
2336                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
2337                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2338                 spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinitsimple");
2339                 for (i = 0; i < PM_PLACEMARKS; ++i)
2340                         pmap->pm_placemarks[i] = PM_NOPLACEMARK;
2341         }
2342 }
2343
2344 void
2345 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
2346 {
2347         pv_entry_t pv;
2348         int j;
2349
2350         if (pmap->pm_pmlpv) {
2351                 if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] != REGULAR_PMAP) {
2352                         pmap_puninit(pmap);
2353                 }
2354         }
2355
2356         pmap_pinit_simple(pmap);
2357         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
2358
2359         /*
2360          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2361          * page directory table.
2362          */
2363         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
2364                 pmap->pm_pml4 =
2365                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map,
2366                                                         PAGE_SIZE * 2,
2367                                                         VM_SUBSYS_PML4);
2368                 pmap->pm_pml4_iso = (void *)((char *)pmap->pm_pml4 + PAGE_SIZE);
2369         }
2370
2371         /*
2372          * Allocate the PML4e table, which wires it even though it isn't
2373          * being entered into some higher level page table (it being the
2374          * highest level).  If one is already cached we don't have to do
2375          * anything.
2376          */
2377         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
2378                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
2379                 pmap->pm_pmlpv = pv;
2380                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
2381                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
2382                 pv_put(pv);
2383
2384                 /*
2385                  * Install DMAP and KMAP.
2386                  */
2387                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
2388                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
2389                             (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
2390                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2391                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2392                             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2393                 }
2394                 for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
2395                         pmap->pm_pml4[KPML4I + j] =
2396                             (KPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PAGE_SHIFT)) |
2397                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2398                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2399                             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2400                 }
2401
2402                 /*
2403                  * install self-referential address mapping entry
2404                  */
2405                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
2406                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2407                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2408                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
2409         } else {
2410                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
2411                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
2412         }
2413         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
2414
2415         /*
2416          * When implementing an isolated userland pmap, a second PML4e table
2417          * is needed.  We use pmap_pml4_pindex() + 1 for convenience, but
2418          * note that we do not operate on this table using our API functions
2419          * so handling of the + 1 case is mostly just to prevent implosions.
2420          *
2421          * We install an isolated version of the kernel PDPs into this
2422          * second PML4e table.  The pmap code will mirror all user PDPs
2423          * between the primary and secondary PML4e table.
2424          */
2425         if ((pv = pmap->pm_pmlpv_iso) == NULL && meltdown_mitigation &&
2426             pmap != &iso_pmap) {
2427                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex() + 1, NULL);
2428                 pmap->pm_pmlpv_iso = pv;
2429                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4_iso,
2430                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
2431                 pv_put(pv);
2432
2433                 /*
2434                  * Install an isolated version of the kernel pmap for
2435                  * user consumption, using PDPs constructed in iso_pmap.
2436                  */
2437                 for (j = 0; j < NKPML4E; ++j) {
2438                         pmap->pm_pml4_iso[KPML4I + j] =
2439                                 iso_pmap.pm_pml4[KPML4I + j];
2440                 }
2441         } else if (pv) {
2442                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
2443                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
2444         }
2445 }
2446
2447 /*
2448  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
2449  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
2450  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
2451  * of cleanup work to do here.
2452  */
2453 void
2454 pmap_puninit(pmap_t pmap)
2455 {
2456         pv_entry_t pv;
2457         vm_page_t p;
2458
2459         KKASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active));
2460         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
2461                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
2462                         pv_lock(pv);
2463                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv);
2464                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2465                 pv_free(pv, NULL);
2466                 pv = NULL;      /* safety */
2467                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
2468                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
2469                 KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2470                 vm_page_unwire(p, 0);
2471                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2472                 vm_page_free(p);
2473                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
2474         }
2475         if ((pv = pmap->pm_pmlpv_iso) != NULL) {
2476                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
2477                         pv_lock(pv);
2478                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv_iso);
2479                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2480                 pv_free(pv, NULL);
2481                 pv = NULL;      /* safety */
2482                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4_iso);
2483                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
2484                 KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2485                 vm_page_unwire(p, 0);
2486                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2487                 vm_page_free(p);
2488                 pmap->pm_pmlpv_iso = NULL;
2489         }
2490         if (pmap->pm_pml4) {
2491                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
2492                 kmem_free(&kernel_map,
2493                           (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE * 2);
2494                 pmap->pm_pml4 = NULL;
2495                 pmap->pm_pml4_iso = NULL;
2496         }
2497         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
2498         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2499 }
2500
2501 /*
2502  * This function is now unused (used to add the pmap to the pmap_list)
2503  */
2504 void
2505 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
2506 {
2507 }
2508
2509 /*
2510  * This routine is called when various levels in the page table need to
2511  * be populated.  This routine cannot fail.
2512  *
2513  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
2514  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
2515  * an intermediate page table does not exist it will be created, mapped,
2516  * wired, and the parent page table will be given an additional hold
2517  * count representing the presence of the child pv_entry.
2518  */
2519 static
2520 pv_entry_t
2521 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
2522 {
2523         pt_entry_t *ptep;
2524         pt_entry_t *ptep_iso;
2525         pv_entry_t pv;
2526         pv_entry_t pvp;
2527         pt_entry_t v;
2528         vm_page_t m;
2529         int isnew;
2530         int ispt;
2531
2532         /*
2533          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
2534          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
2535          * is returned.  The pv will also have a second hold related to the
2536          * pmap association that we don't have to worry about.
2537          */
2538         ispt = 0;
2539         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
2540         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
2541                 return(pv);
2542
2543         /*
2544          * DragonFly doesn't use PV's to represent terminal PTEs any more.
2545          * The index range is still used for placemarkers, but not for
2546          * actual pv_entry's.
2547          */
2548         KKASSERT(ptepindex >= pmap_pt_pindex(0));
2549
2550         /*
2551          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
2552          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.  The kernel
2553          * pre-wires all higher-level page tables so don't overload managed
2554          * higher-level page tables on top of it!
2555          *
2556          * However, its convenient for us to allow the case when creating
2557          * iso_pmap.  This is a bit of a hack but it simplifies iso_pmap
2558          * a lot.
2559          */
2560
2561         /*
2562          * The kernel never uses managed PT/PD/PDP pages.
2563          */
2564         KKASSERT(pmap != &kernel_pmap);
2565
2566         /*
2567          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
2568          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
2569          * and then for the page table entry index in the pvp for
2570          * fall-through.
2571          */
2572         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
2573                 /*
2574                  * pv is PT, pvp is PD
2575                  */
2576                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
2577                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
2578                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
2579
2580                 /*
2581                  * PT index in PD
2582                  */
2583                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
2584                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
2585                 ispt = 1;
2586         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
2587                 /*
2588                  * pv is PD, pvp is PDP
2589                  *
2590                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
2591                  *                   the PD.
2592                  */
2593                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
2594                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
2595
2596                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
2597                         KKASSERT(pvpp == NULL);
2598                         pvp = NULL;
2599                 } else {
2600                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
2601                 }
2602
2603                 /*
2604                  * PD index in PDP
2605                  */
2606                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
2607                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
2608         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
2609                 /*
2610                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
2611                  */
2612                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
2613
2614                 /*
2615                  * PDP index in PML4
2616                  */
2617                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
2618                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
2619         } else {
2620                 /*
2621                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
2622                  */
2623                 pvp = NULL;
2624         }
2625
2626         if (isnew == 0)
2627                 goto notnew;
2628
2629         /*
2630          * (isnew) is TRUE, pv is not terminal.
2631          *
2632          * (1) Add a wire count to the parent page table (pvp).
2633          * (2) Allocate a VM page for the page table.
2634          * (3) Enter the VM page into the parent page table.
2635          *
2636          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
2637          */
2638         if (pvp)
2639                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
2640
2641         for (;;) {
2642                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
2643                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2644                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2645                 if (m)
2646                         break;
2647                 vm_wait(0);
2648         }
2649         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
2650         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2651         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2652         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE | PG_UNQUEUED);
2653         KKASSERT(m->queue == PQ_NONE);
2654
2655         pv->pv_m = m;
2656
2657         /*
2658          * (isnew) is TRUE, pv is not terminal.
2659          *
2660          * Wire the page into pvp.  Bump the resident_count for the pmap.
2661          * There is no pvp for the top level, address the pm_pml4[] array
2662          * directly.
2663          *
2664          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
2665          * we just put it away.
2666          *
2667          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
2668          *
2669          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
2670          * page table page shared from another page table which we need to
2671          * unshare before installing our private page table page.
2672          */
2673         if (pvp) {
2674                 v = VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
2675                     (pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2676                      pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2677                      pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
2678                 if (ptepindex < NUPTE_USER)
2679                         v |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
2680                 if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0))
2681                         v |= pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
2682
2683                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2684                 if (pvp == pmap->pm_pmlpv && pmap->pm_pmlpv_iso)
2685                         ptep_iso = pv_pte_lookup(pmap->pm_pmlpv_iso, ptepindex);
2686                 else
2687                         ptep_iso  = NULL;
2688                 if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
2689                         panic("pmap_allocpte: ptpte present without pv_entry!");
2690                 } else {
2691                         pt_entry_t pte;
2692
2693                         pte = atomic_swap_long(ptep, v);
2694                         if (ptep_iso)
2695                                 atomic_swap_long(ptep_iso, v);
2696                         if (pte != 0) {
2697                                 kprintf("install pgtbl mixup 0x%016jx "
2698                                         "old/new 0x%016jx/0x%016jx\n",
2699                                         (intmax_t)ptepindex, pte, v);
2700                         }
2701                 }
2702         }
2703         vm_page_wakeup(m);
2704
2705         /*
2706          * (isnew) may be TRUE or FALSE, pv may or may not be terminal.
2707          */
2708 notnew:
2709         if (pvp) {
2710                 KKASSERT(pvp->pv_m != NULL);
2711                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2712                 v = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
2713                     (pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2714                      pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2715                      pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
2716                 if (ptepindex < NUPTE_USER)
2717                         v |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
2718                 if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0))
2719                         v |= pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
2720                 if (*ptep != v) {
2721                         kprintf("mismatched upper level pt %016jx/%016jx\n",
2722                                 *ptep, v);
2723                 }
2724         }
2725         if (pvpp)
2726                 *pvpp = pvp;
2727         else if (pvp)
2728                 pv_put(pvp);
2729         return (pv);
2730 }
2731
2732 /*
2733  * Release any resources held by the given physical map.
2734  *
2735  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
2736  * only be called if the map contains no valid mappings.
2737  */
2738 struct pmap_release_info {
2739         pmap_t  pmap;
2740         int     retry;
2741         pv_entry_t pvp;
2742 };
2743
2744 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2745
2746 void
2747 pmap_release(struct pmap *pmap)
2748 {
2749         struct pmap_release_info info;
2750
2751         KASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active),
2752                 ("pmap still active! %016jx",
2753                 (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(pmap->pm_active)));
2754
2755         /*
2756          * There is no longer a pmap_list, if there were we would remove the
2757          * pmap from it here.
2758          */
2759
2760         /*
2761          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2762          * each page.
2763          */
2764         info.pmap = pmap;
2765         do {
2766                 info.retry = 0;
2767                 info.pvp = NULL;
2768
2769                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2770                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2771                         pmap_release_callback, &info);
2772                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2773
2774                 if (info.pvp)
2775                         pv_put(info.pvp);
2776         } while (info.retry);
2777
2778
2779         /*
2780          * One resident page (the pml4 page) should remain.  Two if
2781          * the pmap has implemented an isolated userland PML4E table.
2782          * No wired pages should remain.
2783          */
2784         int expected_res = 0;
2785
2786         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0)
2787                 ++expected_res;
2788         if (pmap->pm_pmlpv_iso)
2789                 ++expected_res;
2790
2791 #if 1
2792         if (pmap->pm_stats.resident_count != expected_res ||
2793             pmap->pm_stats.wired_count != 0) {
2794                 kprintf("fatal pmap problem - pmap %p flags %08x "
2795                         "rescnt=%jd wirecnt=%jd\n",
2796                         pmap,
2797                         pmap->pm_flags,
2798                         pmap->pm_stats.resident_count,
2799                         pmap->pm_stats.wired_count);
2800                 tsleep(pmap, 0, "DEAD", 0);
2801         }
2802 #else
2803         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == expected_res);
2804         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2805 #endif
2806 }
2807
2808 /*
2809  * Called from low to high.  We must cache the proper parent pv so we
2810  * can adjust its wired count.
2811  */
2812 static int
2813 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2814 {
2815         struct pmap_release_info *info = data;
2816         pmap_t pmap = info->pmap;
2817         vm_pindex_t pindex;
2818         int r;
2819
2820         /*
2821          * Acquire a held and locked pv, check for release race
2822          */
2823         pindex = pv->pv_pindex;
2824         if (info->pvp == pv) {
2825                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2826                 info->pvp = NULL;
2827         } else if (pv_hold_try(pv)) {
2828                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2829         } else {
2830                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2831                 pv_lock(pv);
2832                 pv_put(pv);
2833                 info->retry = 1;
2834                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2835
2836                 return -1;
2837         }
2838         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pindex == pv->pv_pindex);
2839
2840         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2841                 /*
2842                  * I am PTE, parent is PT
2843                  */
2844                 pindex = pv->pv_pindex >> NPTEPGSHIFT;
2845                 pindex += NUPTE_TOTAL;
2846         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pd_pindex(0)) {
2847                 /*
2848                  * I am PT, parent is PD
2849                  */
2850                 pindex = (pv->pv_pindex - NUPTE_TOTAL) >> NPDEPGSHIFT;
2851                 pindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
2852         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
2853                 /*
2854                  * I am PD, parent is PDP
2855                  */
2856                 pindex = (pv->pv_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) >>
2857                          NPDPEPGSHIFT;
2858                 pindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
2859         } else if (pv->pv_pindex < pmap_pml4_pindex()) {
2860                 /*
2861                  * I am PDP, parent is PML4.  We always calculate the
2862                  * normal PML4 here, not the isolated PML4.
2863                  */
2864                 pindex = pmap_pml4_pindex();
2865         } else {
2866                 /*
2867                  * parent is NULL
2868                  */
2869                 if (info->pvp) {
2870                         pv_put(info->pvp);
2871                         info->pvp = NULL;
2872                 }
2873                 pindex = 0;
2874         }
2875         if (pindex) {
2876                 if (info->pvp && info->pvp->pv_pindex != pindex) {
2877                         pv_put(info->pvp);
2878                         info->pvp = NULL;
2879                 }
2880                 if (info->pvp == NULL)
2881                         info->pvp = pv_get(pmap, pindex, NULL);
2882         } else {
2883                 if (info->pvp) {
2884                         pv_put(info->pvp);
2885                         info->pvp = NULL;
2886                 }
2887         }
2888         r = pmap_release_pv(pv, info->pvp, NULL);
2889         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2890
2891         return(r);
2892 }
2893
2894 /*
2895  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
2896  * the lock along with the pv.
2897  *
2898  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
2899  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
2900  * pass NULL for pvp.
2901  */
2902 static int
2903 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk)
2904 {
2905         vm_page_t p;
2906
2907         /*
2908          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
2909          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
2910          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
2911          *
2912          * This will clean out the pte at any level of the page table.
2913          * If smp != 0 all cpus are affected.
2914          *
2915          * Do not tear-down recursively, its faster to just let the
2916          * release run its course.
2917          */
2918         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, bulk, 0);
2919
2920         /*
2921          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
2922          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
2923          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
2924          *
2925          * XXX this code is operating on a user page rather than
2926          *     a page-table page and cannot safely clear the PG_MAPPED
2927          *     and PG_WRITEABLE bits.  (XXX clearing these bits should
2928          *     be safe in PMAP_ADVANCED mode).
2929          *
2930          * XXX It is unclear if this code ever gets called because we
2931          *     no longer use pv's to track terminal pages.
2932          */
2933         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2934                 pmap_remove_pv_page(pv, 0);
2935                 goto skip;
2936         }
2937
2938         /*
2939          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
2940          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
2941          * gets called.
2942          *
2943          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
2944          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
2945          *
2946          * This covers both the normal and the isolated PML4 page.
2947          */
2948         if (pv->pv_pindex >= pmap_pml4_pindex()) {
2949                 pv_put(pv);
2950                 return(-1);
2951         }
2952
2953         /*
2954          * For page table pages (other than the top-level page),
2955          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
2956          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
2957          * last wire_count so we have to do that as well.
2958          */
2959         p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
2960         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
2961         if (p->wire_count != 1) {
2962                 const char *tstr;
2963
2964                 if (pv->pv_pindex >= pmap_pdp_pindex(0))
2965                         tstr = "PDP";
2966                 else if (pv->pv_pindex >= pmap_pd_pindex(0))
2967                         tstr = "PD";
2968                 else if (pv->pv_pindex >= pmap_pt_pindex(0))
2969                         tstr = "PT";
2970                 else
2971                         tstr = "PTE";
2972
2973                 kprintf("p(%s) p->wire_count was %016lx %d\n",
2974                         tstr, pv->pv_pindex, p->wire_count);
2975         }
2976         KKASSERT(p->wire_count == 1);
2977         KKASSERT(p->flags & PG_UNQUEUED);
2978
2979         vm_page_unwire(p, 0);
2980         KKASSERT(p->wire_count == 0);
2981
2982         vm_page_free(p);
2983 skip:
2984         pv_free(pv, pvp);
2985
2986         return 0;
2987 }
2988
2989 /*
2990  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
2991  * Terminal pv's are supported.  All cpus specified by (bulk) are properly
2992  * invalidated.
2993  *
2994  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
2995  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
2996  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
2997  * wire counts while page table pages will have at least one representing
2998  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
2999  *
3000  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
3001  *       pages and user page table and terminal pages.
3002  *
3003  * NOTE: The pte being removed might be unmanaged, and the pv supplied might
3004  *       be freshly allocated and not imply that the pte is managed.  In this
3005  *       case pv->pv_m should be NULL.
3006  *
3007  * The pv must be locked.  The pvp, if supplied, must be locked.  All
3008  * supplied pv's will remain locked on return.
3009  *
3010  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
3011  */
3012 static
3013 void
3014 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk,
3015                    int destroy)
3016 {
3017         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
3018         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
3019         vm_page_t p;
3020         int gotpvp = 0;
3021
3022         KKASSERT(pmap);
3023
3024         if (ptepindex >= pmap_pml4_pindex()) {
3025                 /*
3026                  * We are the top level PML4E table, there is no parent.
3027                  *
3028                  * This is either the normal or isolated PML4E table.
3029                  * Only the normal is used in regular operation, the isolated
3030                  * is only passed in when breaking down the whole pmap.
3031                  */
3032                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
3033                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3034         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
3035                 /*
3036                  * Remove a PDP page from the PML4E.  This can only occur
3037                  * with user page tables.  We do not have to lock the
3038                  * pml4 PV so just ignore pvp.
3039                  */
3040                 vm_pindex_t pml4_pindex;
3041                 vm_pindex_t pdp_index;
3042                 pml4_entry_t *pdp;
3043                 pml4_entry_t *pdp_iso;
3044
3045                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
3046                 if (pvp == NULL) {
3047                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
3048                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex, NULL);
3049                         KKASSERT(pvp);
3050                         gotpvp = 1;
3051                 }
3052
3053                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
3054                 KKASSERT((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
3055                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3056                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp, 0);
3057
3058                 /*
3059                  * Also remove the PDP from the isolated PML4E if the
3060                  * process uses one.
3061                  */
3062                 if (pvp == pmap->pm_pmlpv && pmap->pm_pmlpv_iso) {
3063                         pdp_iso = &pmap->pm_pml4_iso[pdp_index &
3064                                                 ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
3065                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp_iso, 0);
3066                 }
3067                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3068         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
3069                 /*
3070                  * Remove a PD page from the PDP
3071                  *
3072                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
3073                  *                   of a simple pmap because it stops at
3074                  *                   the PD page.
3075                  */
3076                 vm_pindex_t pdp_pindex;
3077                 vm_pindex_t pd_index;
3078                 pdp_entry_t *pd;
3079
3080                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
3081
3082                 if (pvp == NULL) {
3083                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
3084                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
3085                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex, NULL);
3086                         gotpvp = 1;
3087                 }
3088
3089                 if (pvp) {
3090                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
3091                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
3092                         KKASSERT((*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
3093                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3094                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pd, 0);
3095                 } else {
3096                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
3097                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
3098                 }
3099                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3100         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
3101                 /*
3102                  *  Remove a PT page from the PD
3103                  */
3104                 vm_pindex_t pd_pindex;
3105                 vm_pindex_t pt_index;
3106                 pd_entry_t *pt;
3107
3108                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
3109
3110                 if (pvp == NULL) {
3111                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
3112                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
3113                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex, NULL);
3114                         KKASSERT(pvp);
3115                         gotpvp = 1;
3116                 }
3117
3118                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
3119 #if 0
3120                 KASSERT((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0,
3121                         ("*pt unexpectedly invalid %016jx "
3122                          "gotpvp=%d ptepindex=%ld ptindex=%ld pv=%p pvp=%p",
3123                         *pt, gotpvp, ptepindex, pt_index, pv, pvp));
3124                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
3125 #else
3126                 if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0) {
3127                         kprintf("*pt unexpectedly invalid %016jx "
3128                                 "gotpvp=%d ptepindex=%ld ptindex=%ld "
3129                                 "pv=%p pvp=%p\n",
3130                                 *pt, gotpvp, ptepindex, pt_index, pv, pvp);
3131                         tsleep(pt, 0, "DEAD", 0);
3132                         p = pv->pv_m;
3133                 } else {
3134                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
3135                 }
3136 #endif
3137                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pt, 0);
3138                 KKASSERT(pv->pv_m == p);        /* debugging */
3139         } else {
3140                 KKASSERT(0);
3141         }
3142
3143         /*
3144          * If requested, scrap the underlying pv->pv_m and the underlying
3145          * pv.  If this is a page-table-page we must also free the page.
3146          *
3147          * pvp must be returned locked.
3148          */
3149         if (destroy == 1) {
3150                 /*
3151                  * page table page (PT, PD, PDP, PML4), caller was responsible
3152                  * for testing wired_count.
3153                  */
3154                 KKASSERT(pv->pv_m->wire_count == 1);
3155                 p = pmap_remove_pv_page(pv, 1);
3156                 pv_free(pv, pvp);
3157                 pv = NULL;
3158
3159                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
3160                 vm_page_unwire(p, 0);
3161                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3162                 vm_page_free(p);
3163         }
3164 #if !defined(PMAP_ADVANCED)
3165         else if (destroy == 2) {
3166                 /*
3167                  * Normal page, remove from pmap and leave the underlying
3168                  * page untouched.
3169                  *
3170                  * XXX REMOVE ME, destroy can no longer be 2.
3171                  */
3172                 pmap_remove_pv_page(pv, 0);
3173                 pv_free(pv, pvp);
3174                 pv = NULL;              /* safety */
3175         }
3176 #endif
3177
3178         /*
3179          * If we acquired pvp ourselves then we are responsible for
3180          * recursively deleting it.
3181          */
3182         if (pvp && gotpvp) {
3183                 /*
3184                  * Recursively destroy higher-level page tables.
3185                  *
3186                  * This is optional.  If we do not, they will still
3187                  * be destroyed when the process exits.
3188                  *
3189                  * NOTE: Do not destroy pv_entry's with extra hold refs,
3190                  *       a caller may have unlocked it and intends to
3191                  *       continue to use it.
3192                  */
3193                 if (pmap_dynamic_delete &&
3194                     pvp->pv_m &&
3195                     pvp->pv_m->wire_count == 1 &&
3196                     (pvp->pv_hold & PV_HOLD_MASK) == 2 &&
3197                     pvp->pv_pindex < pmap_pml4_pindex()) {
3198                         if (pmap != &kernel_pmap) {
3199                                 pmap_remove_pv_pte(pvp, NULL, bulk, 1);
3200                                 pvp = NULL;     /* safety */
3201                         } else {
3202                                 kprintf("Attempt to remove kernel_pmap pindex "
3203                                         "%jd\n", pvp->pv_pindex);
3204                                 pv_put(pvp);
3205                         }
3206                 } else {
3207                         pv_put(pvp);
3208                 }
3209         }
3210 }
3211
3212 /*
3213  * Remove the vm_page association to a pv.  The pv must be locked.
3214  */
3215 static
3216 vm_page_t
3217 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv, int clrpgbits)
3218 {
3219         vm_page_t m;
3220
3221         m = pv->pv_m;
3222         pv->pv_m = NULL;
3223         if (clrpgbits)
3224                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3225
3226         return(m);
3227 }
3228
3229 /*
3230  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
3231  *
3232  * This routine is always called to validate any address space
3233  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
3234  * space below KERNBASE.
3235  *
3236  * kernel_map must be locked exclusively by the caller.
3237  */
3238 void
3239 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
3240 {
3241         vm_paddr_t paddr;
3242         vm_offset_t ptppaddr;
3243         vm_page_t nkpg;
3244         pd_entry_t *pt, newpt;
3245         pdp_entry_t *pd, newpd;
3246         int update_kernel_vm_end;
3247
3248         /*
3249          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
3250          */
3251         if (kernel_vm_end == 0) {
3252                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3253
3254                 for (;;) {
3255                         pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
3256                         if (pt == NULL)
3257                                 break;
3258                         if ((*pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
3259                                 break;
3260                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3261                                         ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3262                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(&kernel_map)) {
3263                                 kernel_vm_end = vm_map_max(&kernel_map);
3264                                 break;                       
3265                         }
3266                 }
3267         }
3268
3269         /*
3270          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
3271          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
3272          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
3273          */
3274         if (kstart < KERNBASE) {
3275                 if (kstart > kernel_vm_end)
3276                         kstart = kernel_vm_end;
3277                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
3278                 update_kernel_vm_end = 1;
3279         } else {
3280                 update_kernel_vm_end = 0;
3281         }
3282
3283         kstart = rounddown2(kstart, (vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG));
3284         kend = roundup2(kend, (vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG));
3285
3286         if (kend - 1 >= vm_map_max(&kernel_map))
3287                 kend = vm_map_max(&kernel_map);
3288
3289         while (kstart < kend) {
3290                 pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kstart);
3291                 if (pt == NULL) {
3292                         /*
3293                          * We need a new PD entry
3294                          */
3295                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, mycpu->gd_rand_incr++,
3296                                              VM_ALLOC_NORMAL |
3297                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
3298                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
3299                         if (nkpg == NULL) {
3300                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
3301                                       "kernel");
3302                         }
3303                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3304                         pmap_zero_page(paddr);
3305                         pd = pmap_pd(&kernel_pmap, kstart);
3306
3307                         newpd = (pdp_entry_t)
3308                             (paddr |
3309                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
3310                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
3311                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX]);
3312                         atomic_swap_long(pd, newpd);
3313
3314 #if 0
3315                         kprintf("NEWPD pd=%p pde=%016jx phys=%016jx\n",
3316                                 pd, newpd, paddr);
3317 #endif
3318
3319                         continue; /* try again */
3320                 }
3321
3322                 if ((*pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
3323                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3324                                  ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3325                         if (kstart - 1 >= vm_map_max(&kernel_map)) {
3326                                 kstart = vm_map_max(&kernel_map);
3327                                 break;                       
3328                         }
3329                         continue;
3330                 }
3331
3332                 /*
3333                  * We need a new PT
3334                  *
3335                  * This index is bogus, but out of the way
3336                  */
3337                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, mycpu->gd_rand_incr++,
3338                                      VM_ALLOC_NORMAL |
3339                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
3340                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
3341                 if (nkpg == NULL)
3342                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3343
3344                 vm_page_wire(nkpg);
3345                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3346                 pmap_zero_page(ptppaddr);
3347                 newpt = (pd_entry_t)(ptppaddr |
3348                                      kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
3349                                      kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
3350                                      kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX]);
3351                 atomic_swap_long(pt, newpt);
3352
3353                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
3354                           ~(vm_offset_t)(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
3355
3356                 if (kstart - 1 >= vm_map_max(&kernel_map)) {
3357                         kstart = vm_map_max(&kernel_map);
3358                         break;                       
3359                 }
3360         }
3361
3362         /*
3363          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
3364          */
3365         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
3366                 kernel_vm_end = kstart;
3367 }
3368
3369 /*
3370  *      Add a reference to the specified pmap.
3371  */
3372 void
3373 pmap_reference(pmap_t pmap)
3374 {
3375         if (pmap != NULL)
3376                 atomic_add_int(&pmap->pm_count, 1);
3377 }
3378
3379 void
3380 pmap_maybethreaded(pmap_t pmap)
3381 {
3382         atomic_set_int(&pmap->pm_flags, PMAP_MULTI);
3383 }
3384
3385 /*
3386  * Called while page is hard-busied to clear the PG_MAPPED and PG_WRITEABLE
3387  * flags if able.  This can happen when the pmap code is unable to clear
3388  * the bits in prior actions due to not holding the page hard-busied at
3389  * the time.
3390  *
3391  * When PMAP_ADVANCED is enabled the clearing of PG_MAPPED/WRITEABLE
3392  * is an optional optimization done when the pte is removed and only
3393  * if the pte has not been multiply-mapped.  The caller may have to
3394  * call vm_page_protect() if the bits are still set here.
3395  *
3396  * When PMAP_ADVANCED is disabled we check pmap_count to synchronize
3397  * the clearing of PG_MAPPED etc.  The caller only has to call
3398  * vm_page_protect() if the page is still actually mapped.
3399  *
3400  * This function is expected to be quick.
3401  */
3402 int
3403 pmap_mapped_sync(vm_page_t m)
3404 {
3405 #if !defined(PMAP_ADVANCED)
3406         if (m->flags & (PG_MAPPED | PG_WRITEABLE)) {
3407                 if (m->md.pmap_count == 0) {
3408                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_MAPPEDMULTI |
3409                                               PG_WRITEABLE);
3410                 }
3411         }
3412 #endif
3413         return (m->flags);
3414 }
3415
3416 /***************************************************
3417  * page management routines.
3418  ***************************************************/
3419
3420 /*
3421  * Hold a pv without locking it
3422  */
3423 #if 0
3424 static void
3425 pv_hold(pv_entry_t pv)
3426 {
3427         atomic_add_int(&pv->pv_hold, 1);
3428 }
3429 #endif
3430
3431 /*
3432  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
3433  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
3434  * the pv properly.
3435  *
3436  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
3437  * pv list via its page) must be held by the caller in order to stabilize
3438  * the pv.
3439  */
3440 static int
3441 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3442 {
3443         u_int count;
3444
3445         /*
3446          * Critical path shortcut expects pv to already have one ref
3447          * (for the pv->pv_pmap).
3448          */
3449         count = pv->pv_hold;
3450         cpu_ccfence();
3451         for (;;) {
3452                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3453                         if (atomic_fcmpset_int(&pv->pv_hold, &count,
3454                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
3455 #ifdef PMAP_DEBUG
3456                                 pv->pv_func = func;
3457                                 pv->pv_line = lineno;
3458 #endif
3459                                 return TRUE;
3460                         }
3461                 } else {
3462                         if (atomic_fcmpset_int(&pv->pv_hold, &count, count + 1))
3463                                 return FALSE;
3464                 }
3465                 /* retry */
3466         }
3467 }
3468
3469 /*
3470  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
3471  * destruction.
3472  *
3473  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
3474  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
3475  */
3476 static void
3477 pv_drop(pv_entry_t pv)
3478 {
3479         u_int count;
3480
3481         for (;;) {
3482                 count = pv->pv_hold;
3483                 cpu_ccfence();
3484                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
3485                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
3486                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3487                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
3488                         if ((count & PV_HOLD_MASK) == 1) {
3489 #ifdef PMAP_DEBUG2
3490                                 if (pmap_enter_debug > 0) {
3491                                         --pmap_enter_debug;
3492                                         kprintf("pv_drop: free pv %p\n", pv);
3493                                 }
3494 #endif
3495                                 KKASSERT(count == 1);
3496                                 KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL);
3497                                 zfree(pvzone, pv);
3498                         }
3499                         return;
3500                 }
3501                 /* retry */
3502         }
3503 }
3504
3505 /*
3506  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked, held pv.
3507  *
3508  * If (*isnew) is non-zero, the returned pv will have two hold counts, one
3509  * for the caller and one representing the pmap and vm_page association.
3510  *
3511  * If (*isnew) is zero, the returned pv will have only one hold count.
3512  *
3513  * Since both associations can only be adjusted while the pv is locked,
3514  * together they represent just one additional hold.
3515  */
3516 static
3517 pv_entry_t
3518 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
3519 {
3520         struct mdglobaldata *md = mdcpu;
3521         pv_entry_t pv;
3522         pv_entry_t pnew;
3523         int pmap_excl = 0;
3524
3525         pnew = NULL;
3526         if (md->gd_newpv) {
3527 #if 1
3528                 pnew = atomic_swap_ptr((void *)&md->gd_newpv, NULL);
3529 #else
3530                 crit_enter();
3531                 pnew = md->gd_newpv;    /* might race NULL */
3532                 md->gd_newpv = NULL;
3533                 crit_exit();
3534 #endif
3535         }
3536         if (pnew == NULL)
3537                 pnew = zalloc(pvzone);
3538
3539         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3540         for (;;) {
3541                 /*
3542                  * Shortcut cache
3543                  */
3544                 pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3545                 if (pv == NULL) {
3546                         vm_pindex_t *pmark;
3547
3548                         /*
3549                          * Requires exclusive pmap spinlock
3550                          */
3551                         if (pmap_excl == 0) {
3552                                 pmap_excl = 1;
3553                                 if (!spin_lock_upgrade_try(&pmap->pm_spin)) {
3554                                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3555                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3556                                         continue;
3557                                 }
3558                         }
3559
3560                         /*
3561                          * We need to block if someone is holding our
3562                          * placemarker.  As long as we determine the
3563                          * placemarker has not been aquired we do not
3564                          * need to get it as acquision also requires
3565                          * the pmap spin lock.
3566                          *
3567                          * However, we can race the wakeup.
3568                          */
3569                         pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3570
3571                         if (((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3572                                 tsleep_interlock(pmark, 0);
3573                                 atomic_set_long(pmark, PM_PLACEMARK_WAKEUP);
3574                                 if (((*pmark ^ pindex) &
3575                                      ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3576                                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3577                                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvplc", 0);
3578                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3579                                 }
3580                                 continue;
3581                         }
3582
3583                         /*
3584                          * Setup the new entry
3585                          */
3586                         pnew->pv_pmap = pmap;
3587                         pnew->pv_pindex = pindex;
3588                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 2;
3589                         pnew->pv_flags = 0;
3590 #ifdef PMAP_DEBUG
3591                         pnew->pv_func = func;
3592                         pnew->pv_line = lineno;
3593                         if (pnew->pv_line_lastfree > 0) {
3594                                 pnew->pv_line_lastfree =
3595                                                 -pnew->pv_line_lastfree;
3596                         }
3597 #endif
3598                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
3599                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
3600                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3601                         *isnew = 1;
3602
3603                         KASSERT(pv == NULL, ("pv insert failed %p->%p", pnew, pv));
3604                         return(pnew);
3605                 }
3606
3607                 /*
3608                  * We already have an entry, cleanup the staged pnew if
3609                  * we can get the lock, otherwise block and retry.
3610                  */
3611                 if (__predict_true(_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY))) {
3612                         if (pmap_excl)
3613                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3614                         else
3615                                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3616 #if 1
3617                         pnew = atomic_swap_ptr((void *)&md->gd_newpv, pnew);
3618                         if (pnew)
3619                                 zfree(pvzone, pnew);
3620 #else
3621                         crit_enter();
3622                         if (md->gd_newpv == NULL)
3623                                 md->gd_newpv = pnew;
3624                         else
3625                                 zfree(pvzone, pnew);
3626                         crit_exit();
3627 #endif
3628                         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap &&
3629                                  pv->pv_pindex == pindex);
3630                         *isnew = 0;
3631                         return(pv);
3632                 }
3633                 if (pmap_excl) {
3634                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3635                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3636                         pv_put(pv);
3637                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3638                 } else {
3639                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3640                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3641                         pv_put(pv);
3642                         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3643                 }
3644         }
3645         /* NOT REACHED */
3646 }
3647
3648 /*
3649  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
3650  */
3651 static
3652 pv_entry_t
3653 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp PMAP_DEBUG_DECL)
3654 {
3655         pv_entry_t pv;
3656         int pmap_excl = 0;
3657
3658         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3659         for (;;) {
3660                 /*
3661                  * Shortcut cache
3662                  */
3663                 pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3664                 if (pv == NULL) {
3665                         /*
3666                          * Block if there is ANY placemarker.  If we are to
3667                          * return it, we must also aquire the spot, so we
3668                          * have to block even if the placemarker is held on
3669                          * a different address.
3670                          *
3671                          * OPTIMIZATION: If pmarkp is passed as NULL the
3672                          * caller is just probing (or looking for a real
3673                          * pv_entry), and in this case we only need to check
3674                          * to see if the placemarker matches pindex.
3675                          */
3676                         vm_pindex_t *pmark;
3677
3678                         /*
3679                          * Requires exclusive pmap spinlock
3680                          */
3681                         if (pmap_excl == 0) {
3682                                 pmap_excl = 1;
3683                                 if (!spin_lock_upgrade_try(&pmap->pm_spin)) {
3684                                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3685                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3686                                         continue;
3687                                 }
3688                         }
3689
3690                         pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3691
3692                         if ((pmarkp && *pmark != PM_NOPLACEMARK) ||
3693                             ((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3694                                 tsleep_interlock(pmark, 0);
3695                                 atomic_set_long(pmark, PM_PLACEMARK_WAKEUP);
3696                                 if ((pmarkp && *pmark != PM_NOPLACEMARK) ||
3697                                     ((*pmark ^ pindex) &
3698                                      ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3699                                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3700                                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvpld", 0);
3701                                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3702                                 }
3703                                 continue;
3704                         }
3705                         if (pmarkp) {
3706                                 if (atomic_swap_long(pmark, pindex) !=
3707                                     PM_NOPLACEMARK) {
3708                                         panic("_pv_get: pmark race");
3709                                 }
3710                                 *pmarkp = pmark;
3711                         }
3712                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3713                         return NULL;
3714                 }
3715                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
3716                         if (pmap_excl)
3717                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3718                         else
3719                                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3720                         KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap &&
3721                                  pv->pv_pindex == pindex);
3722                         return(pv);
3723                 }
3724                 if (pmap_excl) {
3725                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3726                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3727                         pv_put(pv);
3728                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3729                 } else {
3730                         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3731                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3732                         pv_put(pv);
3733                         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3734                 }
3735         }
3736 }
3737
3738 /*
3739  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
3740  *
3741  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
3742  *
3743  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
3744  * errorp is set to 0.
3745  *
3746  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
3747  * held and *errorp is set to 1.
3748  *
3749  * If the entry is placemarked by someone else NULL is returned and *errorp
3750  * is set to 1.
3751  */
3752 static
3753 pv_entry_t
3754 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, vm_pindex_t **pmarkp, int *errorp)
3755 {
3756         pv_entry_t pv;
3757
3758         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3759
3760         pv = pv_entry_lookup(pmap, pindex);
3761         if (pv == NULL) {
3762                 vm_pindex_t *pmark;
3763
3764                 pmark = pmap_placemarker_hash(pmap, pindex);
3765
3766                 if (((*pmark ^ pindex) & ~PM_PLACEMARK_WAKEUP) == 0) {
3767                         *errorp = 1;
3768                 } else if (pmarkp &&
3769                            atomic_cmpset_long(pmark, PM_NOPLACEMARK, pindex)) {
3770                         *errorp = 0;
3771                 } else {
3772                         /*
3773                          * Can't set a placemark with a NULL pmarkp, or if
3774                          * pmarkp is non-NULL but we failed to set our
3775                          * placemark.
3776                          */
3777                         *errorp = 1;
3778                 }
3779                 if (pmarkp)
3780                         *pmarkp = pmark;
3781                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3782
3783                 return NULL;
3784         }
3785
3786         /*
3787          * XXX This has problems if the lock is shared, why?
3788          */
3789         if (pv_hold_try(pv)) {
3790                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3791                 *errorp = 0;
3792                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex);
3793                 return(pv);     /* lock succeeded */
3794         }
3795         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3796         *errorp = 1;
3797
3798         return (pv);            /* lock failed */
3799 }
3800
3801 /*
3802  * Lock a held pv, keeping the hold count
3803  */
3804 static
3805 void
3806 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3807 {
3808         u_int count;
3809
3810         for (;;) {
3811                 count = pv->pv_hold;
3812                 cpu_ccfence();
3813                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3814                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3815                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
3816 #ifdef PMAP_DEBUG
3817                                 pv->pv_func = func;
3818                                 pv->pv_line = lineno;
3819 #endif
3820                                 return;
3821                         }
3822                         continue;
3823                 }
3824                 tsleep_interlock(pv, 0);
3825                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3826                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
3827 #ifdef PMAP_DEBUG2
3828                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3829                                 --pmap_enter_debug;
3830                                 kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
3831                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
3832                         }
3833 #endif
3834                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
3835                 }
3836                 /* retry */
3837         }
3838 }
3839
3840 /*
3841  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
3842  */
3843 static
3844 void
3845 pv_unlock(pv_entry_t pv)
3846 {
3847         u_int count;
3848
3849         for (;;) {
3850                 count = pv->pv_hold;
3851                 cpu_ccfence();
3852                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) >=
3853                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3854                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3855                                       count &
3856                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
3857                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
3858                                 wakeup(pv);
3859                         break;
3860                 }
3861         }
3862 }
3863
3864 /*
3865  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
3866  * and the hold count drops to zero we will free it.
3867  *
3868  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
3869  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
3870  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
3871  */
3872 static
3873 void
3874 pv_put(pv_entry_t pv)
3875 {
3876 #ifdef PMAP_DEBUG2
3877         if (pmap_enter_debug > 0) {
3878                 --pmap_enter_debug;
3879                 kprintf("pv_put pv=%p hold=%08x\n", pv, pv->pv_hold);
3880         }
3881 #endif
3882
3883         /*
3884          * Normal put-aways must have a pv_m associated with the pv,
3885          * but allow the case where the pv has been destructed due
3886          * to pmap_dynamic_delete.
3887          */
3888         KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL || pv->pv_m != NULL);
3889
3890         /*
3891          * Fast - shortcut most common condition
3892          */
3893         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 1))
3894                 return;
3895
3896         /*
3897          * Slow
3898          */
3899         pv_unlock(pv);
3900         pv_drop(pv);
3901 }
3902
3903 /*
3904  * Remove the pmap association from a pv, require that pv_m already be removed,
3905  * then unlock and drop the pv.  Any pte operations must have already been
3906  * completed.  This call may result in a last-drop which will physically free
3907  * the pv.
3908  *
3909  * Removing the pmap association entails an additional drop.
3910  *
3911  * pv must be exclusively locked on call and will be disposed of on return.
3912  */
3913 static
3914 void
3915 _pv_free(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp PMAP_DEBUG_DECL)
3916 {
3917         pmap_t pmap;
3918
3919 #ifdef PMAP_DEBUG
3920         pv->pv_func_lastfree = func;
3921         pv->pv_line_lastfree = lineno;
3922 #endif
3923         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
3924         KKASSERT((pv->pv_hold & (PV_HOLD_LOCKED|PV_HOLD_MASK)) >=
3925                   (PV_HOLD_LOCKED|1));
3926         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
3927                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3928                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap);
3929                 if (pmap->pm_pvhint_pt == pv)
3930                         pmap->pm_pvhint_pt = NULL;
3931                 if (pmap->pm_pvhint_unused == pv)
3932                         pmap->pm_pvhint_unused = NULL;
3933                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
3934                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3935                 pv->pv_pmap = NULL;
3936                 pv->pv_pindex = 0;
3937                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3938
3939                 /*
3940                  * Try to shortcut three atomic ops, otherwise fall through
3941                  * and do it normally.  Drop two refs and the lock all in
3942                  * one go.
3943                  */
3944                 if (pvp) {
3945                         if (vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
3946                                 panic("_pv_free: bad wirecount on pvp");
3947                 }
3948                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 0)) {
3949 #ifdef PMAP_DEBUG2
3950                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3951                                 --pmap_enter_debug;
3952                                 kprintf("pv_free: free pv %p\n", pv);
3953                         }
3954 #endif
3955                         zfree(pvzone, pv);
3956                         return;
3957                 }
3958                 pv_drop(pv);    /* ref for pv_pmap */
3959         }
3960         pv_unlock(pv);
3961         pv_drop(pv);
3962 }
3963
3964 /*
3965  * This routine is very drastic, but can save the system
3966  * in a pinch.
3967  */
3968 void
3969 pmap_collect(void)
3970 {
3971         int i;
3972         vm_page_t m;
3973         static int warningdone=0;
3974
3975         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
3976                 return;
3977         pmap_pagedaemon_waken = 0;
3978         if (warningdone < 5) {
3979                 kprintf("pmap_collect: pv_entries exhausted -- "
3980                         "suggest increasing vm.pmap_pv_entries above %ld\n",
3981                         vm_pmap_pv_entries);
3982                 warningdone++;
3983         }
3984
3985         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
3986                 m = &vm_page_array[i];
3987                 if (m->wire_count || m->hold_count)
3988                         continue;
3989                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
3990                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
3991                                 pmap_remove_all(m);
3992                         }
3993                         vm_page_wakeup(m);
3994                 }
3995         }
3996 }
3997
3998 /*
3999  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
4000  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
4001  * its parent page table.
4002  *
4003  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
4004  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
4005  *
4006  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
4007  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
4008  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
4009  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
4010  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
4011  *
4012  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
4013  *
4014  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
4015  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
4016  */
4017 struct pmap_scan_info {
4018         struct pmap *pmap;
4019         vm_offset_t sva;
4020         vm_offset_t eva;
4021         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
4022         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
4023         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
4024                      vm_pindex_t *, pv_entry_t, vm_offset_t,
4025                      pt_entry_t *, void *);
4026         void *arg;
4027         pmap_inval_bulk_t bulk_core;
4028         pmap_inval_bulk_t *bulk;
4029         int count;
4030         int stop;
4031 };
4032
4033 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
4034 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
4035
4036 static void
4037 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info, int smp_inval)
4038 {
4039         struct pmap *pmap = info->pmap;
4040         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
4041         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
4042         vm_pindex_t *pte_placemark;
4043         vm_pindex_t *pt_placemark;
4044         pt_entry_t *ptep;
4045         pt_entry_t oldpte;
4046         struct pv_entry dummy_pv;
4047
4048         info->stop = 0;
4049         if (pmap == NULL)
4050                 return;
4051         if (info->sva == info->eva)
4052                 return;
4053         if (smp_inval) {
4054                 info->bulk = &info->bulk_core;
4055                 pmap_inval_bulk_init(&info->bulk_core, pmap);
4056         } else {
4057                 info->bulk = NULL;
4058         }
4059
4060         /*
4061          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
4062          * to do.
4063          */
4064 #if 0
4065         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
4066                 return;
4067         }
4068 #endif
4069
4070         info->count = 0;
4071
4072         /*
4073          * Special handling for scanning one page, which is a very common
4074          * operation (it is?).
4075          *
4076          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
4077          */
4078         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
4079                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4080                         /*
4081                          * Kernel mappings do not track wire counts on
4082                          * page table pages and only maintain pd_pv and
4083                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
4084                          */
4085                         pt_pv = NULL;
4086                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva),
4087                                         &pte_placemark);
4088                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4089                         ptep = vtopte(info->sva);
4090                 } else {
4091                         /*
4092                          * We hold pte_placemark across the operation for
4093                          * unmanaged pages.
4094                          *
4095                          * WARNING!  We must hold pt_placemark across the
4096                          *           *ptep test to prevent misintepreting
4097                          *           a non-zero *ptep as a shared page
4098                          *           table page.  Hold it across the function
4099                          *           callback as well for SMP safety.
4100                          */
4101                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva),
4102                                         &pte_placemark);
4103                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4104                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva),
4105                                        &pt_placemark);
4106                         if (pt_pv == NULL) {
4107 #if 0
4108                                 KKASSERT(0);
4109                                 pd_pv = pv_get(pmap,
4110                                                pmap_pd_pindex(info->sva),
4111                                                NULL);
4112                                 if (pd_pv) {
4113                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
4114                                                     pmap_pt_index(info->sva));
4115                                         if (*ptep) {
4116                                                 info->func(pmap, info,
4117                                                      pt_placemark, pd_pv,
4118                                                      info->sva, ptep,
4119                                                      info->arg);
4120                                         } else {
4121                                                 pv_placemarker_wakeup(pmap,
4122                                                                   pt_placemark);
4123                                         }
4124                                         pv_put(pd_pv);
4125                                 } else {
4126                                         pv_placemarker_wakeup(pmap,
4127                                                               pt_placemark);
4128                                 }
4129 #else
4130                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4131 #endif
4132                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4133                                 goto fast_skip;
4134                         }
4135                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
4136                 }
4137
4138                 /*
4139                  * NOTE: *ptep can't be ripped out from under us if we hold
4140                  *       pte_pv (or pte_placemark) locked, but bits can
4141                  *       change.
4142                  */
4143                 oldpte = *ptep;
4144                 cpu_ccfence();
4145                 if (oldpte == 0) {
4146                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4147                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4148                 } else {
4149                         KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) ==
4150                                 pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
4151                             ("badB *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv NULL",
4152                             *ptep, oldpte, info->sva));
4153                         info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4154                                    info->sva, ptep, info->arg);
4155                 }
4156                 if (pt_pv)
4157                         pv_put(pt_pv);
4158 fast_skip:
4159                 pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
4160                 return;
4161         }
4162
4163         /*
4164          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
4165          * there.
4166          *
4167          * WARNING! eva can overflow our standard ((N + mask) >> bits)
4168          *          bounds, resulting in a pd_pindex of 0.  To solve the
4169          *          problem we use an inclusive range.
4170          */
4171         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
4172         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva - PAGE_SIZE);
4173
4174         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4175                 /*
4176                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
4177                  * higher-level page tables.
4178                  */
4179                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
4180                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
4181                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4182                 while (dummy_pv.pv_pindex <= info->eva_pd_pindex) {
4183                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
4184                         ++dummy_pv.pv_pindex;
4185                         if (dummy_pv.pv_pindex < info->sva_pd_pindex) /*wrap*/
4186                                 break;
4187                 }
4188                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4189         } else {
4190                 /*
4191                  * User page tables maintain local PML4, PDP, PD, and PT
4192                  * pv_entry's.  pv_entry's are not used for PTEs.
4193                  */
4194                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
4195                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot, pmap_scan_cmp,
4196                                          pmap_scan_callback, info);
4197                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4198         }
4199         pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
4200 }
4201
4202 /*
4203  * WARNING! pmap->pm_spin held
4204  *
4205  * WARNING! eva can overflow our standard ((N + mask) >> bits)
4206  *          bounds, resulting in a pd_pindex of 0.  To solve the
4207  *          problem we use an inclusive range.
4208  */
4209 static int
4210 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
4211 {
4212         struct pmap_scan_info *info = data;
4213         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
4214                 return(-1);
4215         if (pv->pv_pindex > info->eva_pd_pindex)
4216                 return(1);
4217         return(0);
4218 }
4219
4220 /*
4221  * pmap_scan() by PDs
4222  *
4223  * WARNING! pmap->pm_spin held
4224  */
4225 static int
4226 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
4227 {
4228         struct pmap_scan_info *info = data;
4229         struct pmap *pmap = info->pmap;
4230         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
4231         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
4232         vm_pindex_t *pt_placemark;
4233         pt_entry_t *ptep;
4234         pt_entry_t oldpte;
4235         vm_offset_t sva;
4236         vm_offset_t eva;
4237         vm_offset_t va_next;
4238         vm_pindex_t pd_pindex;
4239         int error;
4240
4241         /*
4242          * Stop if requested
4243          */
4244         if (info->stop)
4245                 return -1;
4246
4247         /*
4248          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
4249          *
4250          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
4251          */
4252         pd_pindex = pv->pv_pindex;
4253         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
4254         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
4255
4256         /*
4257          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
4258          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
4259          * reflect the user and kernel address space which requires
4260          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
4261          * into addresses.
4262          */
4263         sva = (pd_pindex - pmap_pd_pindex(0)) << PDPSHIFT;
4264         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
4265             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
4266                 sva |= PML4_SIGNMASK;
4267         }
4268         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
4269         if (sva < info->sva)
4270                 sva = info->sva;
4271         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
4272                 eva = info->eva;
4273
4274         /*
4275          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
4276          *       terminal pages.
4277          *
4278          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
4279          *       However, for the scan to be efficient we try to
4280          *       cache items top-down.
4281          */
4282         pd_pv = NULL;
4283         pt_pv = NULL;
4284
4285         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4286                 if (info->stop)
4287                         break;
4288                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4289                         if (pt_pv) {
4290                                 pv_put(pt_pv);
4291                                 pt_pv = NULL;
4292                         }
4293                         goto kernel_skip;
4294                 }
4295
4296                 /*
4297                  * PD cache, scan shortcut if it doesn't exist.
4298                  */
4299                 if (pd_pv == NULL) {
4300                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva), NULL);
4301                 } else if (pd_pv->pv_pmap != pmap ||
4302                            pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
4303                         pv_put(pd_pv);
4304                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva), NULL);
4305                 }
4306                 if (pd_pv == NULL) {
4307                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4308                         if (va_next < sva)
4309                                 va_next = eva;
4310                         continue;
4311                 }
4312
4313                 /*
4314                  * PT cache
4315                  *
4316                  * NOTE: The cached pt_pv can be removed from the pmap when
4317                  *       pmap_dynamic_delete is enabled.
4318                  */
4319                 if (pt_pv && (pt_pv->pv_pmap != pmap ||
4320                               pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva))) {
4321                         pv_put(pt_pv);
4322                         pt_pv = NULL;
4323                 }
4324                 if (pt_pv == NULL) {
4325                         pt_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pt_pindex(sva),
4326                                            &pt_placemark, &error);
4327                         if (error) {
4328                                 pv_put(pd_pv);  /* lock order */
4329                                 pd_pv = NULL;
4330                                 if (pt_pv) {
4331                                         pv_lock(pt_pv);
4332                                         pv_put(pt_pv);
4333                                         pt_pv = NULL;
4334                                 } else {
4335                                         pv_placemarker_wait(pmap, pt_placemark);
4336                                 }
4337                                 va_next = sva;
4338                                 continue;
4339                         }
4340                         /* may have to re-check later if pt_pv is NULL here */
4341                 }
4342
4343                 /*
4344                  * If pt_pv is NULL we either have a shared page table
4345                  * page (NOT IMPLEMENTED XXX) and must issue a callback
4346                  * specific to that case, or there is no page table page.
4347                  *
4348                  * Either way we can skip the page table page.
4349                  *
4350                  * WARNING! pt_pv can also be NULL due to a pv creation
4351                  *          race where we find it to be NULL and then
4352                  *          later see a pte_pv.  But its possible the pt_pv
4353                  *          got created inbetween the two operations, so
4354                  *          we must check.
4355                  *
4356                  *          XXX This should no longer be the case because
4357                  *          we have pt_placemark.
4358                  */
4359                 if (pt_pv == NULL) {
4360 #if 0
4361                         /* XXX REMOVED */
4362                         /*
4363                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
4364                          * page table page.
4365                          *
4366                          * WARNING!  We must hold pt_placemark across the
4367                          *           *ptep test to prevent misintepreting
4368                          *           a non-zero *ptep as a shared page
4369                          *           table page.  Hold it across the function
4370                          *           callback as well for SMP safety.
4371                          */
4372                         KKASSERT(0);
4373                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
4374                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4375                                 info->func(pmap, info, pt_placemark, pd_pv,
4376                                            sva, ptep, info->arg);
4377                         } else {
4378                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4379                         }
4380 #else
4381                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pt_placemark);
4382 #endif
4383
4384                         /*
4385                          * Done, move to next page table page.
4386                          */
4387                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4388                         if (va_next < sva)
4389                                 va_next = eva;
4390                         continue;
4391                 }
4392
4393                 /*
4394                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
4395                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
4396                  *
4397                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4398                  * by the current page table page, or to the end of the
4399                  * range being removed.
4400                  */
4401 kernel_skip:
4402                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4403                 if (va_next < sva)
4404                         va_next = eva;
4405                 if (va_next > eva)
4406                         va_next = eva;
4407
4408                 /*
4409                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
4410                  * managed (might not have a pv_entry).
4411                  *
4412                  * There is no page table management for kernel pages so
4413                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
4414                  * is non-NULL, locked, and referenced.
4415                  */
4416
4417                 /*
4418                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
4419                  * pt_pv means a KVA.
4420                  */
4421                 if (pt_pv)
4422                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
4423                 else
4424                         ptep = vtopte(sva);
4425
4426                 while (sva < va_next) {
4427                         vm_pindex_t *pte_placemark;
4428                         pv_entry_t pte_pv;
4429
4430                         /*
4431                          * Yield every 64 pages, stop if requested.
4432                          */
4433                         if ((++info->count & 63) == 0)
4434                                 lwkt_user_yield();
4435                         if (info->stop)
4436                                 break;
4437
4438                         /*
4439                          * We can shortcut our scan if *ptep == 0.  This is
4440                          * an unlocked check.
4441                          */
4442                         if (*ptep == 0) {
4443                                 sva += PAGE_SIZE;
4444                                 ++ptep;
4445                                 continue;
4446                         }
4447                         cpu_ccfence();
4448
4449                         /*
4450                          * Acquire the pte_placemark.  pte_pv's won't exist
4451                          * for leaf pages.
4452                          *
4453                          * A multitude of races are possible here so if we
4454                          * cannot lock definite state we clean out our cache
4455                          * and break the inner while() loop to force a loop
4456                          * up to the top of the for().
4457                          *
4458                          * XXX unlock/relock pd_pv, pt_pv, and re-test their
4459                          *     validity instead of looping up?
4460                          */
4461                         pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
4462                                             &pte_placemark, &error);
4463                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
4464                         if (error) {
4465                                 if (pd_pv) {
4466                                         pv_put(pd_pv);  /* lock order */
4467                                         pd_pv = NULL;
4468                                 }
4469                                 if (pt_pv) {
4470                                         pv_put(pt_pv);  /* lock order */
4471                                         pt_pv = NULL;
4472                                 }
4473                                 pv_placemarker_wait(pmap, pte_placemark);
4474                                 va_next = sva;          /* retry */
4475                                 break;
4476                         }
4477
4478                         /*
4479                          * Reload *ptep after successfully locking the
4480                          * pindex.
4481                          */
4482                         cpu_ccfence();
4483                         oldpte = *ptep;
4484                         if (oldpte == 0) {
4485                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4486                                 sva += PAGE_SIZE;
4487                                 ++ptep;
4488                                 continue;
4489                         }
4490
4491                         /*
4492                          * We can't hold pd_pv across the callback (because
4493                          * we don't pass it to the callback and the callback
4494                          * might deadlock)
4495                          */
4496                         if (pd_pv) {
4497                                 vm_page_wire_quick(pd_pv->pv_m);
4498                                 pv_unlock(pd_pv);
4499                         }
4500
4501                         /*
4502                          * Ready for the callback.  The locked placemarker
4503                          * is consumed by the callback.
4504                          */
4505                         if (oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4506                                 /*
4507                                  * Managed pte
4508                                  */
4509                                 KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
4510                                     ("badC *ptep %016lx/%016lx sva %016lx",
4511                                     *ptep, oldpte, sva));
4512                                 /*
4513                                  * We must unlock pd_pv across the callback
4514                                  * to avoid deadlocks on any recursive
4515                                  * disposal.  Re-check that it still exists
4516                                  * after re-locking.
4517                                  *
4518                                  * Call target disposes of pte_placemark
4519                                  * and may destroy but will not dispose
4520                                  * of pt_pv.
4521                                  */
4522                                 info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4523                                            sva, ptep, info->arg);
4524                         } else {
4525                                 /*
4526                                  * Unmanaged pte
4527                                  *
4528                                  * We must unlock pd_pv across the callback
4529                                  * to avoid deadlocks on any recursive
4530                                  * disposal.  Re-check that it still exists
4531                                  * after re-locking.
4532                                  *
4533                                  * Call target disposes of pte_placemark
4534                                  * and may destroy but will not dispose
4535                                  * of pt_pv.
4536                                  */
4537                                 KASSERT((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
4538                                     ("badD *ptep %016lx/%016lx sva %016lx ",
4539                                      *ptep, oldpte, sva));
4540                                 info->func(pmap, info, pte_placemark, pt_pv,
4541                                            sva, ptep, info->arg);
4542                         }
4543                         if (pd_pv) {
4544                                 pv_lock(pd_pv);
4545                                 if (vm_page_unwire_quick(pd_pv->pv_m)) {
4546                                         panic("pmap_scan_callback: "
4547                                               "bad wirecount on pd_pv");
4548                                 }
4549                                 if (pd_pv->pv_pmap == NULL) {
4550                                         va_next = sva;          /* retry */
4551                                         break;
4552                                 }
4553                         }
4554
4555                         /*
4556                          * NOTE: The cached pt_pv can be removed from the
4557                          *       pmap when pmap_dynamic_delete is enabled,
4558                          *       which will cause ptep to become stale.
4559                          *
4560                          *       This also means that no pages remain under
4561                          *       the PT, so we can just break out of the inner
4562                          *       loop and let the outer loop clean everything
4563                          *       up.
4564                          */
4565                         if (pt_pv && pt_pv->pv_pmap != pmap)
4566                                 break;
4567                         sva += PAGE_SIZE;
4568                         ++ptep;
4569                 }
4570         }
4571         if (pd_pv) {
4572                 pv_put(pd_pv);
4573                 pd_pv = NULL;
4574         }
4575         if (pt_pv) {
4576                 pv_put(pt_pv);
4577                 pt_pv = NULL;
4578         }
4579         if ((++info->count & 7) == 0)
4580                 lwkt_user_yield();
4581
4582         /*
4583          * Relock before returning.
4584          */
4585         spin_lock(&pmap->pm_spin);
4586         return (0);
4587 }
4588
4589 void
4590 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4591 {
4592         struct pmap_scan_info info;
4593
4594         info.pmap = pmap;
4595         info.sva = sva;
4596         info.eva = eva;
4597         info.func = pmap_remove_callback;
4598         info.arg = NULL;
4599         pmap_scan(&info, 1);
4600 #if 0
4601         cpu_invltlb();
4602         if (eva - sva < 1024*1024) {
4603                 while (sva < eva) {
4604                         cpu_invlpg((void *)sva);
4605                         sva += PAGE_SIZE;
4606                 }
4607         }
4608 #endif
4609 }
4610
4611 static void
4612 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4613 {
4614         struct pmap_scan_info info;
4615
4616         info.pmap = pmap;
4617         info.sva = sva;
4618         info.eva = eva;
4619         info.func = pmap_remove_callback;
4620         info.arg = NULL;
4621         pmap_scan(&info, 0);
4622 }
4623
4624 static void
4625 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
4626                      vm_pindex_t *pte_placemark, pv_entry_t pt_pv,
4627                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
4628 {
4629         pt_entry_t pte;
4630 #ifdef PMAP_ADVANCED
4631         vm_page_t oldm;
4632 #endif
4633
4634         /*
4635          * Managed or unmanaged pte (pte_placemark is non-NULL)
4636          *
4637          * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
4638          * so we must decrement it manually.
4639          *
4640          * We have to unwire the target page table page.
4641          */
4642 #ifdef PMAP_ADVANCED
4643         pte = *ptep;
4644         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4645                 oldm = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
4646                 atomic_add_long(&oldm->md.interlock_count, 1);
4647         } else {
4648                 oldm = NULL;
4649         }
4650 #endif
4651
4652         pte = pmap_inval_bulk(info->bulk, va, ptep, 0);
4653         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4654                 vm_page_t p;
4655
4656                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
4657                 KKASSERT(pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]);
4658                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4659                         vm_page_dirty(p);
4660                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4661                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
4662
4663                 /*
4664                  * (p) is not hard-busied.
4665                  *
4666                  * If PMAP_ADVANCED mode is enabled we can safely
4667                  * clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE only if PG_MAPPEDMULTI
4668                  * is not set, atomically.
4669                  */
4670                 pmap_removed_pte(p, pte);
4671         }
4672         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4673                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4674                 if (pt_pv && vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
4675                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
4676         }
4677         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4678                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4679         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4680                 cpu_invlpg((void *)va);
4681         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4682 #ifdef PMAP_ADVANCED
4683         if (oldm) {
4684                 if ((atomic_fetchadd_long(&oldm->md.interlock_count, -1) &
4685                      0x7FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0x4000000000000001LU) {
4686                         atomic_clear_long(&oldm->md.interlock_count,
4687                                           0x4000000000000000LU);
4688                         wakeup(&oldm->md.interlock_count);
4689                 }
4690         }
4691 #endif
4692 }
4693
4694 /*
4695  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
4696  * Reflects back modify bits to the pager.
4697  *
4698  * This routine may not be called from an interrupt.
4699  *
4700  * The page must be busied by its caller, preventing new ptes from being
4701  * installed.  This allows us to assert that pmap_count is zero and safely
4702  * clear the MAPPED and WRITEABLE bits upon completion.
4703  */
4704 static
4705 void
4706 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4707 {
4708 #ifdef PMAP_ADVANCED
4709         long icount;
4710 #endif
4711         int retry;
4712
4713         if (__predict_false(!pmap_initialized))
4714                 return;
4715
4716         /*
4717          * pmap_count doesn't cover fictitious pages, but PG_MAPPED does
4718          * (albeit without certain race protections).
4719          */
4720 #if 0
4721         if (m->md.pmap_count == 0)
4722                 return;
4723 #endif
4724         if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
4725                 return;
4726
4727         retry = ticks + hz * 60;
4728 again:
4729         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
4730                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, 0))
4731                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
4732                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4733                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4734                                 vm_page_dirty(m);
4735                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4736                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4737
4738                         /*
4739                          * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
4740                          *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
4741                          *       transition against them being set in
4742                          *       pmap_enter().
4743                          */
4744                         pmap_removed_pte(m, ipte);
4745                 }
4746
4747                 /*
4748                  * Cleanup various tracking counters.  pt_pv can't go away
4749                  * due to our wired ref.
4750                  */
4751                 if (ipmap != &kernel_pmap) {
4752                         pv_entry_t pt_pv;
4753
4754                         spin_lock_shared(&ipmap->pm_spin);
4755                         pt_pv = pv_entry_lookup(ipmap, pmap_pt_pindex(iva));
4756                         spin_unlock_shared(&ipmap->pm_spin);
4757
4758                         if (pt_pv) {
4759                                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
4760                                         panic("pmap_remove_all: bad "
4761                                               "wire_count on pt_pv");
4762                                 }
4763                                 atomic_add_long(
4764                                         &ipmap->pm_stats.resident_count, -1);
4765                         }
4766                 }
4767                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4768                         atomic_add_long(&ipmap->pm_stats.wired_count, -1);
4769                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4770                         cpu_invlpg((void *)iva);
4771         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
4772
4773 #ifdef PMAP_ADVANCED
4774         /*
4775          * If our scan lost a pte swap race oldm->md.interlock_count might
4776          * be set from the pmap_enter() code.  If so sleep a little and try
4777          * again.
4778          */
4779         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
4780                                       0x8000000000000000LU) +
4781                  0x8000000000000000LU;
4782         cpu_ccfence();
4783         while (icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) {
4784                 tsleep_interlock(&m->md.interlock_count, 0);
4785                 if (atomic_fcmpset_long(&m->md.interlock_count, &icount,
4786                                         icount | 0x4000000000000000LU)) {
4787                         tsleep(&m->md.interlock_count, PINTERLOCKED,
4788                                "pgunm", 1);
4789                         icount = m->md.interlock_count;
4790                         if (retry - ticks > 0)
4791                                 goto again;
4792                         panic("pmap_remove_all: cannot return interlock_count "
4793                               "to 0 (%p, %ld)",
4794                               m, m->md.interlock_count);
4795                 }
4796         }
4797 #else
4798         /*
4799          * pmap_count should be zero but it is possible to race a pmap_enter()
4800          * replacement (see 'oldm').  Once it is zero it cannot become
4801          * non-zero because the page is hard-busied.
4802          */
4803         if (m->md.pmap_count || m->md.writeable_count) {
4804                 tsleep(&m->md.pmap_count, 0, "pgunm", 1);
4805                 if (retry - ticks > 0)
4806                         goto again;
4807                 panic("pmap_remove_all: cannot return pmap_count "
4808                       "to 0 (%p, %ld, %ld)",
4809                       m, m->md.pmap_count, m->md.writeable_count);
4810         }
4811 #endif
4812         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_MAPPEDMULTI | PG_WRITEABLE);
4813 }
4814
4815 /*
4816  * Removes the page from a particular pmap.
4817  *
4818  * The page must be busied by the caller.
4819  */
4820 void
4821 pmap_remove_specific(pmap_t pmap_match, vm_page_t m)
4822 {
4823         if (__predict_false(!pmap_initialized))
4824                 return;
4825
4826         /*
4827          * PG_MAPPED test works for both non-fictitious and fictitious pages.
4828          */
4829         if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
4830                 return;
4831
4832         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, pmap_match, ipmap, iptep, ipte, iva) {
4833                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, 0))
4834                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
4835                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4836                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4837                                 vm_page_dirty(m);
4838                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4839                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4840
4841                         /*
4842                          * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
4843                          *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
4844                          *       transition against them being set in
4845                          *       pmap_enter().
4846                          */
4847                         pmap_removed_pte(m, ipte);
4848                 }
4849
4850                 /*
4851                  * Cleanup various tracking counters.  pt_pv can't go away
4852                  * due to our wired ref.
4853                  */
4854                 if (ipmap != &kernel_pmap) {
4855                         pv_entry_t pt_pv;
4856
4857                         spin_lock_shared(&ipmap->pm_spin);
4858                         pt_pv = pv_entry_lookup(ipmap, pmap_pt_pindex(iva));
4859                         spin_unlock_shared(&ipmap->pm_spin);
4860
4861                         if (pt_pv) {
4862                                 atomic_add_long(
4863                                         &ipmap->pm_stats.resident_count, -1);
4864                                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
4865                                         panic("pmap_remove_specific: bad "
4866                                               "wire_count on pt_pv");
4867                                 }
4868                         }
4869                 }
4870                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
4871                         atomic_add_long(&ipmap->pm_stats.wired_count, -1);
4872                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
4873                         cpu_invlpg((void *)iva);
4874         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
4875 }
4876
4877 /*
4878  * Set the physical protection on the specified range of this map
4879  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
4880  * and COW pages.
4881  *
4882  * This function may not be called from an interrupt if the map is
4883  * not the kernel_pmap.
4884  *
4885  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
4886  */
4887 void
4888 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4889 {
4890         struct pmap_scan_info info;
4891         /* JG review for NX */
4892
4893         if (pmap == NULL)
4894                 return;
4895         if ((prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) == VM_PROT_NONE) {
4896                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4897                 return;
4898         }
4899         if (prot & VM_PROT_WRITE)
4900                 return;
4901         info.pmap = pmap;
4902         info.sva = sva;
4903         info.eva = eva;
4904         info.func = pmap_protect_callback;
4905         info.arg = &prot;
4906         pmap_scan(&info, 1);
4907 }
4908
4909 static
4910 void
4911 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
4912                       vm_pindex_t *pte_placemark,
4913                       pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
4914                       pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
4915 {
4916         pt_entry_t pbits;
4917         pt_entry_t cbits;
4918         vm_page_t m;
4919
4920 again:
4921         pbits = *ptep;
4922         cpu_ccfence();
4923         cbits = pbits;
4924         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4925                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
4926                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
4927         }
4928         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
4929
4930         if (ptep) {
4931                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
4932 #ifdef PMAP_DEBUG2
4933                 if (pmap_enter_debug > 0) {
4934                         --pmap_enter_debug;
4935                         kprintf("pmap_protect va=%lx ptep=%p "
4936                                 "pt_pv=%p cbits=%08lx\n",
4937                                 va, ptep, pt_pv, cbits
4938                         );
4939                 }
4940 #endif
4941                 if (pbits != cbits) {
4942                         if (!pmap_inval_smp_cmpset(pmap, va,
4943                                                    ptep, pbits, cbits)) {
4944                                 goto again;
4945                         }
4946                 }
4947                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
4948                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4949                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
4950                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4951                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4952                                 vm_page_dirty(m);
4953 #if !defined(PMAP_ADVANCED)
4954                         if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
4955                                 atomic_add_long(&m->md.writeable_count, -1);
4956 #endif
4957
4958                 }
4959         }
4960         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
4961 }
4962
4963 /*
4964  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
4965  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
4966  *
4967  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
4968  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
4969  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
4970  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
4971  *
4972  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
4973  *       lazy-evaluate.
4974  */
4975 void
4976 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4977            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
4978 {
4979         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
4980         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
4981         vm_pindex_t *pte_placemark;
4982         pt_entry_t *ptep;
4983         pt_entry_t origpte;
4984         vm_paddr_t opa;
4985         vm_page_t oldm;
4986         pt_entry_t newpte;
4987         vm_paddr_t pa;
4988 #if defined(PMAP_ADVANCED)
4989         int flags;
4990         int nflags;
4991 #endif
4992
4993         if (pmap == NULL)
4994                 return;
4995         va = trunc_page(va);
4996 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
4997         if (va >= KvaEnd)
4998                 panic("pmap_enter: toobig");
4999         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
5000                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
5001                       "pages (va: 0x%lx)", va);
5002 #endif
5003         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
5004                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
5005                         "kernel_pmap\n");
5006 #ifdef DDB
5007                 db_print_backtrace();
5008 #endif
5009         }
5010         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
5011                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
5012                         "kernel_pmap\n");
5013 #ifdef DDB
5014                 db_print_backtrace();
5015 #endif
5016         }
5017
5018         /*
5019          * Get the locked page table page (pt_pv) for our new page table
5020          * entry, allocating it if necessary.
5021          *
5022          * There is no pte_pv for a terminal pte so the terminal pte will
5023          * be locked via pte_placemark.
5024          *
5025          * Only MMU actions by the CPU itself can modify the ptep out from
5026          * under us.
5027          *
5028          * If the pmap is still being initialized we assume existing
5029          * page tables.
5030          *
5031          * NOTE: Kernel mapppings do not track page table pages
5032          *       (i.e. there is no pt_pv pt_pv structure).
5033          *
5034          * NOTE: origpte here is 'tentative', used only to check for
5035          *       the degenerate case where the entry already exists and
5036          *       matches.
5037          */
5038         if (__predict_false(pmap_initialized == FALSE)) {
5039                 pte_pv = NULL;
5040                 pt_pv = NULL;
5041                 pte_placemark = NULL;
5042                 ptep = vtopte(va);
5043                 origpte = *ptep;
5044         } else {
5045                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(va), &pte_placemark);
5046                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
5047                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
5048                         pt_pv = NULL;
5049                         ptep = vtopte(va);
5050                 } else {
5051                         pt_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
5052                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
5053                 }
5054                 origpte = *ptep;
5055                 cpu_ccfence();
5056         }
5057
5058         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5059
5060         /*
5061          * Calculate the new PTE.
5062          */
5063         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) |
5064                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
5065         if (wired)
5066                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_W_IDX];
5067         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
5068                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
5069         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
5070                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX];
5071 //      if (pmap == &kernel_pmap)
5072 //              newpte |= pgeflag;
5073         newpte |= pmap->pmap_cache_bits_pte[m->pat_mode];
5074
5075         /*
5076          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
5077          * environments, the existing pte might be correct.
5078          */
5079         if (((origpte ^ newpte) &
5080             ~(pt_entry_t)(pmap->pmap_bits[PG_M_IDX] |
5081                           pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) == 0) {
5082                 goto done;
5083         }
5084
5085         /*
5086          * Adjust page flags.  The page is soft-busied or hard-busied, we
5087          * should be able to safely set PG_* flag bits even with the (shared)
5088          * soft-busy.
5089          *
5090          * The pmap_count and writeable_count is only tracked for
5091          * non-fictitious pages.  As a bit of a safety, bump pmap_count
5092          * and set the PG_* bits before mapping the page.  If another part
5093          * of the system does not properly hard-busy the page (against our
5094          * soft-busy or hard-busy) in order to remove mappings it might not
5095          * see the pte that we are about to add and thus will not be able to
5096          * drop pmap_count to 0.
5097          *
5098          * The PG_MAPPED and PG_WRITEABLE flags are set for any type of page.
5099          *
5100          * NOTE! PG_MAPPED and PG_WRITEABLE can only be cleared when
5101          *       the page is hard-busied AND pmap_count is 0.  This
5102          *       interlocks our setting of the flags here.
5103          */
5104         /*vm_page_spin_lock(m);*/
5105 #if !defined(PMAP_ADVANCED)
5106         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5107                 pmap_page_stats_adding(
5108                         atomic_fetchadd_long(&m->md.pmap_count, 1));
5109                 if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
5110                         atomic_add_long(&m->md.writeable_count, 1);
5111         }
5112 #endif
5113
5114         /*
5115          * In advanced mode we keep track of single mappings verses
5116          * multiple mappings in order to avoid unnecessary vm_page_protect()
5117          * calls (particularly on the kernel_map).
5118          *
5119          * If non-advanced mode we track the mapping count for similar effect.
5120          *
5121          * Avoid modifying the vm_page as much as possible, conditionalize
5122          * updates to reduce cache line ping-ponging.
5123          */
5124 #if defined(PMAP_ADVANCED)
5125         flags = m->flags;
5126         cpu_ccfence();
5127         for (;;) {
5128                 nflags = PG_MAPPED;
5129                 if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
5130                         nflags |= PG_WRITEABLE;
5131                 if (flags & PG_MAPPED)
5132                         nflags |= PG_MAPPEDMULTI;
5133                 if (flags == (flags | nflags))
5134                         break;
5135                 if (atomic_fcmpset_int(&m->flags, &flags, flags | nflags))
5136                         break;
5137         }
5138 #else
5139         if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]) {
5140                 if ((m->flags & (PG_MAPPED | PG_WRITEABLE)) == 0)
5141                         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
5142         } else {
5143                 if ((m->flags & PG_MAPPED) == 0)
5144                         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
5145         }
5146 #endif
5147         /*vm_page_spin_unlock(m);*/
5148
5149         /*
5150          * A race can develop when replacing an existing mapping.  The new
5151          * page has been busied and the pte is placemark-locked, but the
5152          * old page could be ripped out from under us at any time by
5153          * a backing scan.
5154          *
5155          * When PMAP_ADVANCED is disabled the race is handled by having the
5156          * backing scans check pmap_count and writeable_count when doing
5157          * operations that should ensure one becomes 0.
5158          *
5159          * When PMAP_ADVANCED is enabled, if we do nothing, a concurrent
5160          * backing scan may clear PG_WRITEABLE and PG_MAPPED before we can
5161          * act on oldm.
5162          */
5163         opa = origpte & PG_FRAME;
5164         if (opa && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])) {
5165                 oldm = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5166                 KKASSERT(opa == oldm->phys_addr);
5167                 KKASSERT(entry != NULL);
5168 #ifdef PMAP_ADVANCED
5169                 atomic_add_long(&oldm->md.interlock_count, 1);
5170 #endif
5171         } else {
5172                 oldm = NULL;
5173         }
5174
5175         /*
5176          * Swap the new and old PTEs and perform any necessary SMP
5177          * synchronization.
5178          */
5179         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) || (opa == 0 && pt_pv != NULL)) {
5180                 /*
5181                  * Explicitly permitted to avoid pmap cpu mask synchronization
5182                  * or the prior content of a non-kernel-related pmap was
5183                  * invalid.
5184                  */
5185                 origpte = atomic_swap_long(ptep, newpte);
5186                 if (opa)
5187                         cpu_invlpg((void *)va);
5188         } else {
5189                 /*
5190                  * Not permitted to avoid pmap cpu mask synchronization
5191                  * or there prior content being replaced or this is a kernel
5192                  * related pmap.
5193                  *
5194                  * Due to other kernel optimizations, we cannot assume a
5195                  * 0->non_zero transition of *ptep can be done with a swap.
5196                  */
5197                 origpte = pmap_inval_smp(pmap, va, 1, ptep, newpte);
5198         }
5199         opa = origpte & PG_FRAME;
5200
5201 #ifdef PMAP_DEBUG2
5202         if (pmap_enter_debug > 0) {
5203                 --pmap_enter_debug;
5204                 kprintf("pmap_enter: va=%lx m=%p origpte=%lx newpte=%lx ptep=%p"
5205                         " pte_pv=%p pt_pv=%p opa=%lx prot=%02x\n",
5206                         va, m,
5207                         origpte, newpte, ptep,
5208                         pte_pv, pt_pv, opa, prot);
5209         }
5210 #endif
5211
5212         /*
5213          * Account for the changes in the pt_pv and pmap.
5214          *
5215          * Retain the same wiring count due to replacing an existing page,
5216          * or bump the wiring count for a new page.
5217          */
5218         if (pt_pv && opa == 0) {
5219                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
5220                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
5221         }
5222         if (wired && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) == 0)
5223                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
5224
5225         /*
5226          * Account for the removal of the old page.  pmap and pt_pv stats
5227          * have already been fully adjusted for both.
5228          *
5229          * WARNING! oldm is not soft or hard-busied.  The pte at worst can
5230          *          only be removed out from under us since we hold the
5231          *          placemarker.  So if it is still there, it must not have
5232          *          changed.
5233          *
5234          * WARNING! When PMAP_ADVANCED is enabled, a backing scan
5235          *          can clear PG_WRITEABLE and/or PG_MAPPED and rip oldm
5236          *          away from us, possibly even freeing or paging it, and
5237          *          not setting our dirtying below.
5238          *
5239          *          To deal with this, oldm->md.interlock_count is bumped
5240          *          to indicate that we might (only might) have won the pte
5241          *          swap race, and then released below.
5242          */
5243         if (opa && (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])) {
5244                 KKASSERT(oldm == PHYS_TO_VM_PAGE(opa));
5245                 if (origpte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5246                         vm_page_dirty(oldm);
5247                 if (origpte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
5248                         vm_page_flag_set(oldm, PG_REFERENCED);
5249
5250                 /*
5251                  * NOTE: oldm is not hard-busied so it is not safe to
5252                  *       clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE on the 1->0
5253                  *       transition against them being set in
5254                  *       pmap_enter().
5255                  */
5256                 pmap_removed_pte(oldm, origpte);
5257         }
5258 #ifdef PMAP_ADVANCED
5259         if (oldm) {
5260                 if ((atomic_fetchadd_long(&oldm->md.interlock_count, -1) &
5261                      0x7FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0x4000000000000001LU) {
5262                         atomic_clear_long(&oldm->md.interlock_count,
5263                                           0x4000000000000000LU);
5264                         wakeup(&oldm->md.interlock_count);
5265                 }
5266         }
5267 #endif
5268
5269 done:
5270         KKASSERT((newpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0 ||
5271                  (m->flags & PG_MAPPED));
5272
5273         /*
5274          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.  If the new page
5275          * is not managed but we have a pte_pv (which was locking our
5276          * operation), we can free it now.  pte_pv->pv_m should be NULL.
5277          */
5278         if (pte_placemark)
5279                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
5280         if (pt_pv)
5281                 pv_put(pt_pv);
5282 }
5283
5284 /*
5285  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5286  * to be used for panic dumps.
5287  *
5288  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
5289  */
5290 void *
5291 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
5292 {
5293         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
5294         return ((void *)crashdumpmap);
5295 }
5296
5297 #if 0
5298 #define MAX_INIT_PT (96)
5299
5300 /*
5301  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
5302  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
5303  * immediately after an mmap.
5304  */
5305 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
5306 #endif
5307
5308 void
5309 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_map_entry_t entry,
5310                     vm_offset_t addr, vm_size_t size, int limit)
5311 {
5312 #if 0
5313         vm_prot_t prot = entry->protection;
5314         vm_object_t object = entry->ba.object;
5315         vm_pindex_t pindex = atop(entry->ba.offset + (addr - entry->ba.start));
5316         struct rb_vm_page_scan_info info;
5317         struct lwp *lp;
5318         vm_size_t psize;
5319
5320         /*
5321          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
5322          * or object.
5323          */
5324         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
5325                 return;
5326
5327         /*
5328          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
5329          */
5330         lp = curthread->td_lwp;
5331         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
5332                 return;
5333
5334         /*
5335          * Misc additional checks
5336          */
5337         psize = x86_64_btop(size);
5338
5339         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
5340                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
5341                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
5342                 return;
5343         }
5344
5345         if (pindex + psize > object->size) {
5346                 if (object->size < pindex)
5347                         return;           
5348                 psize = object->size - pindex;
5349         }
5350
5351         if (psize == 0)
5352                 return;
5353
5354         /*
5355          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
5356          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
5357          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
5358          * page table page.
5359          */
5360         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
5361             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
5362             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
5363                 return;
5364         }
5365
5366         /*
5367          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
5368          * any valid pages found into the pmap.
5369          *
5370          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
5371          * object token.
5372          */
5373         info.start_pindex = pindex;
5374         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
5375         info.limit = limit;
5376         info.mpte = NULL;
5377         info.addr = addr;
5378         info.pmap = pmap;
5379         info.object = object;
5380         info.entry = entry;
5381
5382         /*
5383          * By using the NOLK scan, the callback function must be sure
5384          * to return -1 if the VM page falls out of the object.
5385          */
5386         vm_object_hold_shared(object);
5387         vm_page_rb_tree_RB_SCAN_NOLK(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
5388                                      pmap_object_init_pt_callback, &info);
5389         vm_object_drop(object);
5390 #endif
5391 }
5392
5393 #if 0
5394
5395 static
5396 int
5397 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
5398 {
5399         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
5400         vm_pindex_t rel_index;
5401         int hard_busy;
5402
5403         /*
5404          * don't allow an madvise to blow away our really
5405          * free pages allocating pv entries.
5406          */
5407         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
5408                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
5409                     return(-1);
5410         }
5411
5412         /*
5413          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
5414          * busy (while holding the object token).
5415          */
5416         if (p->flags & PG_MARKER)
5417                 return 0;
5418         hard_busy = 0;
5419 again:
5420         if (hard_busy) {
5421                 if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
5422                         return 0;
5423         } else {
5424                 if (vm_page_sbusy_try(p))
5425                         return 0;
5426         }
5427         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
5428             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5429                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE) {
5430                         if (hard_busy == 0) {
5431                                 vm_page_sbusy_drop(p);
5432                                 hard_busy = 1;
5433                                 goto again;
5434                         }
5435                         vm_page_deactivate(p);
5436                 }
5437                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
5438                 pmap_enter(info->pmap, info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p,
5439                            VM_PROT_READ, FALSE, info->entry);
5440         }
5441         if (hard_busy)
5442                 vm_page_wakeup(p);
5443         else
5444                 vm_page_sbusy_drop(p);
5445
5446         /*
5447          * We are using an unlocked scan (that is, the scan expects its
5448          * current element to remain in the tree on return).  So we have
5449          * to check here and abort the scan if it isn't.
5450          */
5451         if (p->object != info->object)
5452                 return -1;
5453         lwkt_yield();
5454         return(0);
5455 }
5456
5457 #endif
5458
5459 /*
5460  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
5461  * address.
5462  *
5463  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
5464  * into the slot.
5465  *
5466  * The address must reside within a vm_map mapped range to ensure that the
5467  * page table doesn't get ripped out from under us.
5468  *
5469  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
5470  */
5471 int
5472 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5473 {
5474         pt_entry_t *pte;
5475
5476         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
5477         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
5478                 if (*pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
5479                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
5480                         return FALSE;
5481                 }
5482         }
5483         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
5484         return TRUE;
5485 }
5486
5487 /*
5488  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
5489  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.  The wiring in
5490  * the page is not changed, the page is returned so the caller can adjust
5491  * its wiring (the page is not locked in any way).
5492  *
5493  * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to invalidate
5494  * TLB.  However, in an SMP environment we must use a locked bus cycle to
5495  * update the pte (if we are not using the pmap_inval_*() API that is)...
5496  * it's ok to do this for simple wiring changes.
5497  */
5498 vm_page_t
5499 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5500 {
5501         pt_entry_t *ptep;
5502         pv_entry_t pt_pv;
5503         vm_paddr_t pa;
5504         vm_page_t m;
5505
5506         if (pmap == NULL)
5507                 return NULL;
5508
5509         /*
5510          * Assume elements in the kernel pmap are stable
5511          */
5512         if (pmap == &kernel_pmap) {
5513                 if (pmap_pt(pmap, va) == 0)
5514                         return NULL;
5515                 ptep = pmap_pte_quick(pmap, va);
5516                 if (pmap_pte_v(pmap, ptep)) {
5517                         if (pmap_pte_w(pmap, ptep))
5518                                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count,-1);
5519                         atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
5520                         pa = *ptep & PG_FRAME;
5521                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5522                 } else {
5523                         m = NULL;
5524                 }
5525         } else {
5526                 /*
5527                  * We can only [un]wire pmap-local pages (we cannot wire
5528                  * shared pages)
5529                  */
5530                 pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL);
5531                 if (pt_pv == NULL)
5532                         return NULL;
5533
5534                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
5535                 if ((*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0) {
5536                         pv_put(pt_pv);
5537                         return NULL;
5538                 }
5539
5540                 if (pmap_pte_w(pmap, ptep)) {
5541                         atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
5542                                         -1);
5543                 }
5544                 /* XXX else return NULL so caller doesn't unwire m ? */
5545
5546                 atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
5547
5548                 pa = *ptep & PG_FRAME;
5549                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);        /* held by wired count */
5550                 pv_put(pt_pv);
5551         }
5552         return m;
5553 }
5554
5555 /*
5556  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
5557  * the range dst_addr/len in the destination map.
5558  *
5559  * This routine is only advisory and need not do anything.
5560  */
5561 void
5562 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
5563           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
5564 {
5565 }       
5566
5567 /*
5568  * pmap_zero_page:
5569  *
5570  *      Zero the specified physical page.
5571  *
5572  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
5573  *      required.
5574  */
5575 void
5576 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
5577 {
5578         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
5579
5580         pagezero((void *)va);
5581 }
5582
5583 /*
5584  * pmap_zero_page:
5585  *
5586  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
5587  *      its contents with bzero.
5588  *
5589  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5590  */
5591 void
5592 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
5593 {
5594         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
5595
5596         bzero((char *)virt + off, size);
5597 }
5598
5599 /*
5600  * pmap_copy_page:
5601  *
5602  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
5603  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
5604  *      is required.
5605  */
5606 void
5607 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
5608 {
5609         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
5610
5611         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
5612         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
5613         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
5614 }
5615
5616 /*
5617  * pmap_copy_page_frag:
5618  *
5619  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
5620  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
5621  *      is required.
5622  */
5623 void
5624 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
5625 {
5626         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
5627
5628         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
5629         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
5630
5631         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
5632               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
5633               bytes);
5634 }
5635
5636 /*
5637  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
5638  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
5639  * only.
5640  */
5641 void
5642 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5643 {
5644         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
5645         cpu_invltlb();
5646 }
5647
5648 /*
5649  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
5650  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
5651  *
5652  * Currently only used to test the 'M'odified bit.  If the page
5653  * is not PG_WRITEABLE, the 'M'odified bit cannot be set and we
5654  * return immediately.  Fictitious pages do not track this bit.
5655  */
5656 static
5657 boolean_t
5658 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
5659 {
5660         int res = FALSE;
5661
5662         if (__predict_false(!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)))
5663                 return FALSE;
5664         /*
5665          * Nothing to do if all the mappings are already read-only.
5666          * The page's [M]odify bits have already been synchronized
5667          * to the vm_page_t and cleaned out.
5668          */
5669 #ifdef PMAP_ADVANCED
5670         if (bit == PG_M_IDX && (m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
5671                 return FALSE;
5672 #else
5673         if (bit == PG_M_IDX && m->md.writeable_count == 0)
5674                 return FALSE;
5675 #endif
5676
5677         /*
5678          * Iterate the mapping
5679          */
5680         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5681                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[bit]) {
5682                         res = TRUE;
5683                         break;
5684                 }
5685         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5686         return res;
5687 }
5688
5689 /*
5690  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
5691  * specified.  PG_RW requires special handling.  This call works with
5692  * any sort of mapped page.  PG_FICTITIOUS pages might not be optimal.
5693  *
5694  * Caller must NOT hold any spin locks
5695  * Caller must hold (m) hard-busied
5696  *
5697  * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
5698  *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
5699  *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
5700  *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
5701  *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
5702  *       tables.
5703  *
5704  * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
5705  *
5706  * NOTE: Because we do not lock the pv, *pte can be in a state of
5707  *       flux.  Despite this the value of *pte is still somewhat
5708  *       related while we hold the vm_page spin lock.
5709  *
5710  *       *pte can be zero due to this race.  Since we are clearing
5711  *       bits we basically do no harm when this race occurs.
5712  */
5713 static __inline
5714 void
5715 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit_index)
5716 {
5717         pt_entry_t npte;
5718         int retry;
5719 #ifdef PMAP_ADVANCED
5720         long icount;
5721 #endif
5722
5723         /*
5724          * Too early in the boot
5725          */
5726         if (__predict_false(!pmap_initialized)) {
5727                 if (bit_index == PG_RW_IDX)
5728                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
5729                 return;
5730         }
5731 #ifdef PMAP_ADVANCED
5732         if ((m->flags & (PG_MAPPED | PG_WRITEABLE)) == 0)
5733                 return;
5734 #endif
5735
5736         /*
5737          * Being asked to clear other random bits, we don't track them
5738          * so we have to iterate.
5739          *
5740          * When PMAP_ADVANCED is enabled, pmap_clear_reference()
5741          * is called (into here) with the page hard-busied to check whether
5742          * the page is still mapped and will clear PG_MAPPED and PG_WRITEABLE
5743          * if it isn't.
5744          */
5745         if (bit_index != PG_RW_IDX) {
5746 #if 0
5747 #ifdef PMAP_ADVANCED
5748                 long icount;
5749
5750                 icount = 0;
5751 #endif
5752 #endif
5753                 PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5754 #if 0
5755 #ifdef PMAP_ADVANCED
5756                         ++icount;
5757 #endif
5758 #endif
5759                         if (ipte & ipmap->pmap_bits[bit_index]) {
5760                                 atomic_clear_long(iptep,
5761                                                   ipmap->pmap_bits[bit_index]);
5762                         }
5763                 } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5764 #if 0
5765 #ifdef PMAP_ADVANCED
5766                 if (icount == 0) {
5767                         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
5768                                                       0x8000000000000000LU);
5769                         if ((icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) == 0) {
5770                                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED |
5771                                                       PG_MAPPEDMULTI |
5772                                                       PG_WRITEABLE);
5773                         }
5774                 }
5775 #endif
5776 #endif
5777                 return;
5778         }
5779
5780         /*
5781          * Being asked to clear the RW bit.
5782          *
5783          * Nothing to do if all the mappings are already read-only
5784          */
5785 #ifdef PMAP_ADVANCED
5786         if ((m->flags & PG_WRITEABLE) == 0)
5787                 return;
5788 #else
5789         if (m->md.writeable_count == 0)
5790                 return;
5791 #endif
5792
5793         /*
5794          * Iterate the mappings and check.
5795          */
5796         retry = ticks + hz * 60;
5797 again:
5798         /*
5799          * Clear PG_RW. This also clears PG_M and marks the page dirty if
5800          * PG_M was set.
5801          *
5802          * Since the caller holds the page hard-busied we can safely clear
5803          * PG_WRITEABLE, and callers expect us to for the PG_RW_IDX path.
5804          */
5805         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5806 #if 0
5807                 if ((ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0)
5808                         continue;
5809 #endif
5810                 if ((ipte & ipmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]) == 0)
5811                         continue;
5812                 npte = ipte & ~(ipmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
5813                                 ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
5814                 if (!pmap_inval_smp_cmpset(ipmap, iva, iptep, ipte, npte))
5815                         PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
5816                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5817                         vm_page_dirty(m);
5818
5819                 /*
5820                  * NOTE: m is not hard-busied so it is not safe to
5821                  *       clear PG_WRITEABLE on the 1->0 transition
5822                  *       against it being set in pmap_enter().
5823                  *
5824                  *       pmap_count and writeable_count are only applicable
5825                  *       to non-fictitious pages (PG_MANAGED_IDX from pte)
5826                  */
5827 #if !defined(PMAP_ADVANCED)
5828                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])
5829                         atomic_add_long(&m->md.writeable_count, -1);
5830 #endif
5831         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5832
5833 #ifdef PMAP_ADVANCED
5834         /*
5835          * If our scan lost a pte swap race oldm->md.interlock_count might
5836          * be set from the pmap_enter() code.  If so sleep a little and try
5837          * again.
5838          *
5839          * Use an atomic op to access interlock_count to ensure ordering.
5840          */
5841         icount = atomic_fetchadd_long(&m->md.interlock_count,
5842                                       0x8000000000000000LU) +
5843                  0x8000000000000000LU;
5844         cpu_ccfence();
5845         while (icount & 0x3FFFFFFFFFFFFFFFLU) {
5846                 tsleep_interlock(&m->md.interlock_count, 0);
5847                 if (atomic_fcmpset_long(&m->md.interlock_count, &icount,
5848                                         icount | 0x4000000000000000LU)) {
5849                         tsleep(&m->md.interlock_count, PINTERLOCKED,
5850                                "pgunm", 1);
5851                         icount = m->md.interlock_count;
5852                         if (retry - ticks > 0)
5853                                 goto again;
5854                         panic("pmap_clearbit: cannot return interlock_count "
5855                               "to 0 (%p, %ld)",
5856                               m, m->md.interlock_count);
5857                 }
5858         }
5859 #else
5860         /*
5861          * writeable_count should be zero but it is possible to race
5862          * a pmap_enter() replacement (see 'oldm').  Once it is zero
5863          * it cannot become non-zero because the page is hard-busied.
5864          */
5865         if (m->md.writeable_count != 0) {
5866                 tsleep(&m->md.writeable_count, 0, "pgwab", 1);
5867                 if (retry - ticks > 0)
5868                         goto again;
5869                 panic("pmap_clearbit: cannot return writeable_count "
5870                       "to 0 (%ld)",
5871                       m->md.writeable_count);
5872         }
5873 #endif
5874         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
5875 }
5876
5877 /*
5878  * Lower the permission for all mappings to a given page.
5879  *
5880  * Page must be hard-busied by caller.  Because the page is busied by the
5881  * caller, this should not be able to race a pmap_enter().
5882  */
5883 void
5884 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5885 {
5886         /* JG NX support? */
5887         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5888                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
5889                         /*
5890                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
5891                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
5892                          */
5893                         pmap_clearbit(m, PG_RW_IDX);
5894                 } else {
5895                         pmap_remove_all(m);
5896                 }
5897         }
5898 }
5899
5900 vm_paddr_t
5901 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
5902 {
5903         return (x86_64_ptob(ppn));
5904 }
5905
5906 /*
5907  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5908  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5909  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5910  * reference bits set.
5911  *
5912  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5913  * should be tested and standardized at some point in the future for
5914  * optimal aging of shared pages.
5915  *
5916  * This routine may not block.
5917  */
5918 int
5919 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5920 {
5921         int rval = 0;
5922         pt_entry_t npte;
5923
5924         if (__predict_false(!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)))
5925                 return rval;
5926         PMAP_PAGE_BACKING_SCAN(m, NULL, ipmap, iptep, ipte, iva) {
5927                 if (ipte & ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
5928                         npte = ipte & ~ipmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
5929                         if (!atomic_cmpset_long(iptep, ipte, npte))
5930                                 PMAP_PAGE_BACKING_RETRY;
5931                         ++rval;
5932                         if (rval > 4)
5933                                 break;
5934                 }
5935         } PMAP_PAGE_BACKING_DONE;
5936         return rval;
5937 }
5938
5939 /*
5940  *      pmap_is_modified:
5941  *
5942  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5943  *      in any physical maps.
5944  */
5945 boolean_t
5946 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5947 {
5948         boolean_t res;
5949
5950         res = pmap_testbit(m, PG_M_IDX);
5951         return (res);
5952 }
5953
5954 /*
5955  * Clear the modify bit on the vm_page.
5956  *
5957  * The page must be hard-busied.
5958  */
5959 void
5960 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5961 {
5962         pmap_clearbit(m, PG_M_IDX);
5963 }
5964
5965 /*
5966  *      pmap_clear_reference:
5967  *
5968  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
5969  */
5970 void
5971 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
5972 {
5973         pmap_clearbit(m, PG_A_IDX);
5974 }
5975
5976 /*
5977  * Miscellaneous support routines follow
5978  */
5979
5980 static
5981 void
5982 x86_64_protection_init(void)
5983 {
5984         uint64_t *kp;
5985         int prot;
5986
5987         /*
5988          * NX supported? (boot time loader.conf override only)
5989          *
5990          * -1   Automatic (sets mode 1)
5991          *  0   Disabled
5992          *  1   NX implemented, differentiates PROT_READ vs PROT_READ|PROT_EXEC
5993          *  2   NX implemented for all cases
5994          */
5995         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_nx_enable", &pmap_nx_enable);
5996         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0) {
5997                 pmap_bits_default[PG_NX_IDX] = 0;
5998                 pmap_nx_enable = 0;
5999         } else if (pmap_nx_enable < 0) {
6000                 pmap_nx_enable = 1;             /* default to mode 1 (READ) */
6001         }
6002
6003         /*
6004          * 0 is basically read-only access, but also set the NX (no-execute)
6005          * bit when VM_PROT_EXECUTE is not specified.
6006          */
6007         kp = protection_codes;
6008         for (prot = 0; prot < PROTECTION_CODES_SIZE; prot++) {
6009                 switch (prot) {
6010                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
6011                         /*
6012                          * This case handled elsewhere
6013                          */
6014                         *kp = 0;
6015                         break;
6016                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
6017                         /*
6018                          * Read-only is 0|NX    (pmap_nx_enable mode >= 1)
6019                          */
6020                         if (pmap_nx_enable >= 1)
6021                                 *kp = pmap_bits_default[PG_NX_IDX];
6022                         break;
6023                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
6024                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
6025                         /*
6026                          * Execute requires read access
6027                          */
6028                         *kp = 0;
6029                         break;
6030                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
6031                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
6032                         /*
6033                          * Write without execute is RW|NX
6034                          *                      (pmap_nx_enable mode >= 2)
6035                          */
6036                         *kp = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
6037                         if (pmap_nx_enable >= 2)
6038                                 *kp |= pmap_bits_default[PG_NX_IDX];
6039                         break;
6040                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
6041                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
6042                         /*
6043                          * Write with execute is RW
6044                          */
6045                         *kp = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
6046                         break;
6047                 }
6048                 ++kp;
6049         }
6050 }
6051
6052 /*
6053  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6054  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6055  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6056  * NOT real memory.
6057  *
6058  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
6059  *       a time.
6060  *
6061  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
6062  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
6063  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
6064  *       supports PAT.
6065  */
6066 void *
6067 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6068 {
6069         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6070 }
6071
6072 void *
6073 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6074 {
6075         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6076 }
6077
6078 void *
6079 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6080 {
6081         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6082 }
6083
6084 /*
6085  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6086  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6087  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6088  * NOT real memory.
6089  */
6090 void *
6091 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6092 {
6093         vm_offset_t va, tmpva, offset;
6094         pt_entry_t *pte;
6095         vm_size_t tmpsize;
6096
6097         offset = pa & PAGE_MASK;
6098         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
6099
6100         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, VM_SUBSYS_MAPDEV, PAGE_SIZE);
6101         if (va == 0)
6102                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
6103
6104         pa = pa & ~PAGE_MASK;
6105         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
6106                 pte = vtopte(tmpva);
6107                 *pte = pa |
6108                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
6109                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] | /* pgeflag | */
6110                     kernel_pmap.pmap_cache_bits_pte[mode];
6111                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
6112                 tmpva += PAGE_SIZE;
6113                 pa += PAGE_SIZE;
6114         }
6115         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, va, va + size);
6116         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
6117
6118         return ((void *)(va + offset));
6119 }
6120
6121 void
6122 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6123 {
6124         vm_offset_t base, offset;
6125
6126         base = va & ~PAGE_MASK;
6127         offset = va & PAGE_MASK;
6128         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
6129         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
6130         kmem_free(&kernel_map, base, size);
6131 }
6132
6133 /*
6134  * Sets the memory attribute for the specified page.
6135  */
6136 void
6137 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6138 {
6139
6140     m->pat_mode = ma;
6141
6142     /*
6143      * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6144      * can be relied upon to perform any cache operations that are
6145      * required for data coherence.
6146      */
6147     if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
6148         pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 1, m->pat_mode);
6149 }
6150
6151 /*
6152  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
6153  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
6154  * during the adjustment.
6155  *
6156  * If the va is within the DMAP we cannot use vtopte() because the DMAP
6157  * utilizes 2MB or 1GB pages.  2MB is forced atm so calculate the pd_entry
6158  * pointer based on that.
6159  */
6160 void
6161 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
6162 {
6163         pt_entry_t *pte;
6164         vm_offset_t base;
6165         int changed = 0;
6166
6167         if (va == 0)
6168                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
6169         base = trunc_page(va);
6170
6171         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
6172                 pd_entry_t *pd;
6173
6174                 KKASSERT(va < DMapMaxAddress);
6175                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(DMPDphys);
6176                 pd += (va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> PDRSHIFT;
6177
6178                 while ((long)count > 0) {
6179                         *pd =
6180                            (*pd & ~(pd_entry_t)(kernel_pmap.pmap_cache_mask_pde)) |
6181                            kernel_pmap.pmap_cache_bits_pde[mode];
6182                         count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
6183                         va += NBPDR;
6184                         ++pd;
6185                 }
6186         } else {
6187                 while (count) {
6188                         pte = vtopte(va);
6189                         *pte =
6190                            (*pte & ~(pt_entry_t)(kernel_pmap.pmap_cache_mask_pte)) |
6191                            kernel_pmap.pmap_cache_bits_pte[mode];
6192                         --count;
6193                         va += PAGE_SIZE;
6194                 }
6195         }
6196
6197         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
6198
6199         /*
6200          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
6201          * shouldn't be, etc.
6202          */
6203         if (changed) {
6204                 pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, base, va);
6205                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
6206         }
6207 }
6208
6209 /*
6210  * perform the pmap work for mincore
6211  */
6212 int
6213 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6214 {
6215         pt_entry_t *ptep, pte;
6216         vm_page_t m;
6217         int val = 0;
6218         
6219         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
6220
6221         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
6222                 vm_offset_t pa;
6223
6224                 val = MINCORE_INCORE;
6225                 pa = pte & PG_FRAME;
6226                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX])
6227                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6228                 else
6229                         m = NULL;
6230
6231                 /*
6232                  * Modified by us
6233                  */
6234                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
6235                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6236
6237                 /*
6238                  * Modified by someone
6239                  */
6240                 else if (m && (m->dirty || pmap_is_modified(m)))
6241                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6242
6243                 /*
6244                  * Referenced by us, or someone else.
6245                  */
6246                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
6247                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6248                 } else if (m && ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
6249                                  pmap_ts_referenced(m))) {
6250                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6251                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
6252                 }
6253         } 
6254         return val;
6255 }
6256
6257 /*
6258  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
6259  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
6260  *
6261  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
6262  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
6263  *
6264  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
6265  */
6266 void
6267 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
6268 {
6269         struct vmspace *oldvm;
6270         struct lwp *lp;
6271
6272         oldvm = p->p_vmspace;
6273         if (oldvm != newvm) {
6274                 if (adjrefs)
6275                         vmspace_ref(newvm);
6276                 p->p_vmspace = newvm;
6277                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
6278                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
6279                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
6280                 if (adjrefs)
6281                         vmspace_rel(oldvm);
6282         }
6283 }
6284
6285 /*
6286  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
6287  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
6288  * on a per-lwp basis.
6289  *
6290  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
6291  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
6292  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
6293  */
6294 void
6295 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
6296 {
6297         struct vmspace *oldvm;
6298         struct pmap *pmap;
6299         thread_t td;
6300
6301         oldvm = lp->lwp_vmspace;
6302
6303         if (oldvm != newvm) {
6304                 crit_enter();
6305                 td = curthread;
6306                 KKASSERT((newvm->vm_refcnt & VM_REF_DELETED) == 0);
6307                 lp->lwp_vmspace = newvm;
6308                 if (td->td_lwp == lp) {
6309                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
6310                         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(pmap->pm_active, mycpu->gd_cpuid);
6311                         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL)
6312                                 pmap_interlock_wait(newvm);
6313 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
6314                         tlb_flush_count++;
6315 #endif
6316                         if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == REGULAR_PMAP) {
6317                                 td->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
6318                                 if (meltdown_mitigation && pmap->pm_pmlpv_iso) {
6319                                         td->td_pcb->pcb_cr3_iso =
6320                                                 vtophys(pmap->pm_pml4_iso);
6321                                         td->td_pcb->pcb_flags |= PCB_ISOMMU;
6322                                 } else {
6323                                         td->td_pcb->pcb_cr3_iso = 0;
6324                                         td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_ISOMMU;
6325                                 }
6326                         } else if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == EPT_PMAP) {
6327                                 td->td_pcb->pcb_cr3 = KPML4phys;
6328                                 td->td_pcb->pcb_cr3_iso = 0;
6329                                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_ISOMMU;
6330                         } else {
6331                                 panic("pmap_setlwpvm: unknown pmap type\n");
6332                         }
6333
6334                         /*
6335                          * The MMU separation fields needs to be updated.
6336                          * (it can't access the pcb directly from the
6337                          * restricted user pmap).
6338                          */
6339                         {
6340                                 struct trampframe *tramp;
6341
6342                                 tramp = &pscpu->trampoline;
6343                                 tramp->tr_pcb_cr3 = td->td_pcb->pcb_cr3;
6344                                 tramp->tr_pcb_cr3_iso = td->td_pcb->pcb_cr3_iso;
6345                                 tramp->tr_pcb_flags = td->td_pcb->pcb_flags;
6346                                 tramp->tr_pcb_rsp = (register_t)td->td_pcb;
6347                                 /* tr_pcb_rsp doesn't change */
6348                         }
6349
6350                         /*
6351                          * In kernel-land we always use the normal PML4E
6352                          * so the kernel is fully mapped and can also access
6353                          * user memory.
6354                          */
6355                         load_cr3(td->td_pcb->pcb_cr3);
6356                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
6357                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(pmap->pm_active,
6358                                                mycpu->gd_cpuid);
6359                 }
6360                 crit_exit();
6361         }
6362 }
6363
6364 /*
6365  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
6366  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
6367  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
6368  * this because the thread making the modifications has already set up its
6369  * SMP synchronization mask.
6370  *
6371  * This function cannot sleep!
6372  *
6373  * No requirements.
6374  */
6375 void
6376 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
6377 {
6378         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
6379
6380         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
6381                 crit_enter();
6382                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
6383                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
6384                 while (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
6385                         cpu_ccfence();
6386                         lwkt_process_ipiq();
6387                 }
6388                 DEBUG_POP_INFO();
6389                 crit_exit();
6390         }
6391 }
6392
6393 vm_offset_t
6394 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
6395 {
6396
6397         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) ||
6398             ((obj->type != OBJT_DEVICE) && (obj->type != OBJT_MGTDEVICE))) {
6399                 return addr;
6400         }
6401
6402         addr = roundup2(addr, NBPDR);
6403         return addr;
6404 }
6405
6406 /*
6407  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
6408  */
6409 vm_page_t
6410 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
6411 {
6412         pt_entry_t *ptep = vtopte(va);
6413
6414         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME));
6415 }
6416
6417 /*
6418  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
6419  * is executed when a VM object is created.
6420  */
6421 void
6422 pmap_object_init(vm_object_t object)
6423 {
6424 }
6425
6426 /*
6427  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
6428  * is executed when a VM object is destroyed.
6429  */
6430 void
6431 pmap_object_free(vm_object_t object)
6432 {
6433 }
6434
6435 /*
6436  * pmap_pgscan_callback - Used by pmap_pgscan to acquire the related
6437  * VM page and issue a pginfo->callback.
6438  */
6439 static
6440 void
6441 pmap_pgscan_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
6442                       vm_pindex_t *pte_placemark,
6443                       pv_entry_t pt_pv, vm_offset_t va,
6444                       pt_entry_t *ptep, void *arg)
6445 {
6446         struct pmap_pgscan_info *pginfo = arg;
6447         vm_page_t m;
6448         pt_entry_t pte;
6449
6450         pte = *ptep;
6451         cpu_ccfence();
6452
6453         if (pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) {
6454                 /*
6455                  * Try to busy the page while we hold the pte_placemark locked.
6456                  */
6457                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME);
6458                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
6459                         if (m == PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME)) {
6460                                 /*
6461                                  * The callback is issued with the pt_pv
6462                                  * unlocked.
6463                                  */
6464                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6465                                 if (pt_pv) {
6466                                         vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
6467                                         pv_unlock(pt_pv);
6468                                 }
6469                                 if (pginfo->callback(pginfo, va, m) < 0)
6470                                         info->stop = 1;
6471                                 if (pt_pv) {
6472                                         pv_lock(pt_pv);
6473                                         if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m)) {
6474                                                 panic("pmap_pgscan: bad wire_"
6475                                                       "count on pt_pv");
6476                                         }
6477                                 }
6478                         } else {
6479                                 vm_page_wakeup(m);
6480                                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6481                         }
6482                 } else {
6483                         ++pginfo->busycount;
6484                         pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6485                 }
6486         } else {
6487                 /*
6488                  * Shared page table or unmanaged page (sharept or !sharept)
6489                  */
6490                 pv_placemarker_wakeup(pmap, pte_placemark);
6491         }
6492 }
6493
6494 void
6495 pmap_pgscan(struct pmap_pgscan_info *pginfo)
6496 {
6497         struct pmap_scan_info info;
6498
6499         pginfo->offset = pginfo->beg_addr;
6500         info.pmap = pginfo->pmap;
6501         info.sva = pginfo->beg_addr;
6502         info.eva = pginfo->end_addr;
6503         info.func = pmap_pgscan_callback;
6504         info.arg = pginfo;
6505         pmap_scan(&info, 0);
6506         if (info.stop == 0)
6507                 pginfo->offset = pginfo->end_addr;
6508 }
6509
6510 /*
6511  * Wait for a placemarker that we do not own to clear.  The placemarker
6512  * in question is not necessarily set to the pindex we want, we may have
6513  * to wait on the element because we want to reserve it ourselves.
6514  *
6515  * NOTE: PM_PLACEMARK_WAKEUP sets a bit which is already set in
6516  *       PM_NOPLACEMARK, so it does not interfere with placemarks
6517  *       which have already been woken up.
6518  *
6519  * NOTE: This routine is called without the pmap spin-lock and so can
6520  *       race changes to *pmark.  Due to the sensitivity of the routine
6521  *       to possible MULTIPLE interactions from other cpus, and the
6522  *       overloading of the WAKEUP bit on PM_NOPLACEMARK, we have to
6523  *       use a cmpset loop to avoid a race that might cause the WAKEUP
6524  *       bit to be lost.
6525  *
6526  * Caller is expected to retry its operation upon return.
6527  */
6528 static
6529 void
6530 pv_placemarker_wait(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark)
6531 {
6532         vm_pindex_t mark;
6533
6534         mark = *pmark;
6535         cpu_ccfence();
6536         while (mark != PM_NOPLACEMARK) {
6537                 tsleep_interlock(pmark, 0);
6538                 if (atomic_fcmpset_long(pmark, &mark,
6539                                        mark | PM_PLACEMARK_WAKEUP)) {
6540                         tsleep(pmark, PINTERLOCKED, "pvplw", 0);
6541                         break;
6542                 }
6543         }
6544 }
6545
6546 /*
6547  * Wakeup a placemarker that we own.  Replace the entry with
6548  * PM_NOPLACEMARK and issue a wakeup() if necessary.
6549  */
6550 static
6551 void
6552 pv_placemarker_wakeup(pmap_t pmap, vm_pindex_t *pmark)
6553 {
6554         vm_pindex_t pindex;
6555
6556         pindex = atomic_swap_long(pmark, PM_NOPLACEMARK);
6557         KKASSERT(pindex != PM_NOPLACEMARK);
6558         if (pindex & PM_PLACEMARK_WAKEUP)
6559                 wakeup(pmark);
6560 }