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