sys/platform/pc64/x86_64/pmap.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
   4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
   5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
   6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
   7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
   8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
   9  * Copyright (c) 2011-2012 Matthew Dillon
  10  * All rights reserved.
  11  *
  12  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  13  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  14  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
  15  *
  16  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  17  * modification, are permitted provided that the following conditions
  18  * are met:
  19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  21  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  23  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  24  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  25  *    must display the following acknowledgement:
  26  *      This product includes software developed by the University of
  27  *      California, Berkeley and its contributors.
  28  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  29  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  30  *    without specific prior written permission.
  31  *
  32  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  33  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  34  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  35  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  36  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  37  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  38  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  39  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  40  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  41  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  42  * SUCH DAMAGE.
  43  */
  44 /*
  45  * Manage physical address maps for x86-64 systems.
  46  */
  47
  48 #if 0 /* JG */
  49 #include "opt_disable_pse.h"
  50 #include "opt_pmap.h"
  51 #endif
  52 #include "opt_msgbuf.h"
  53
  54 #include <sys/param.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/proc.h>
  57 #include <sys/msgbuf.h>
  58 #include <sys/vmmeter.h>
  59 #include <sys/mman.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61
  62 #include <vm/vm.h>
  63 #include <vm/vm_param.h>
  64 #include <sys/sysctl.h>
  65 #include <sys/lock.h>
  66 #include <vm/vm_kern.h>
  67 #include <vm/vm_page.h>
  68 #include <vm/vm_map.h>
  69 #include <vm/vm_object.h>
  70 #include <vm/vm_extern.h>
  71 #include <vm/vm_pageout.h>
  72 #include <vm/vm_pager.h>
  73 #include <vm/vm_zone.h>
  74
  75 #include <sys/user.h>
  76 #include <sys/thread2.h>
  77 #include <sys/sysref2.h>
  78 #include <sys/spinlock2.h>
  79 #include <vm/vm_page2.h>
  80
  81 #include <machine/cputypes.h>
  82 #include <machine/md_var.h>
  83 #include <machine/specialreg.h>
  84 #include <machine/smp.h>
  85 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
  86 #include <machine/globaldata.h>
  87 #include <machine/pmap.h>
  88 #include <machine/pmap_inval.h>
  89 #include <machine/inttypes.h>
  90
  91 #include <ddb/ddb.h>
  92
  93 #define PMAP_KEEP_PDIRS
  94 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
  95 #define PMAP_SHPGPERPROC 2000
  96 #endif
  97
  98 #if defined(DIAGNOSTIC)
  99 #define PMAP_DIAGNOSTIC
 100 #endif
 101
 102 #define MINPV 2048
 103
 104 /*
 105  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
 106  */
 107 #ifdef PMAP_DEBUG
 108
 109 #define PMAP_DEBUG_DECL         ,const char *func, int lineno
 110 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
 111 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
 112
 113 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex            \
 114                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 115 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
 116                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 117 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
 118                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 119 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
 120                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
 121
 122 #else
 123
 124 #define PMAP_DEBUG_DECL
 125 #define PMAP_DEBUG_ARGS
 126 #define PMAP_DEBUG_COPY
 127
 128 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex)
 129 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
 130 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
 131 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
 132
 133 #endif
 134
 135 /*
 136  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
 137  */
 138 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
 139
 140 #define pmap_pde_v(pmap, pte)           ((*(pd_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
 141 #define pmap_pte_w(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]) != 0)
 142 #define pmap_pte_m(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) != 0)
 143 #define pmap_pte_u(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_U_IDX]) != 0)
 144 #define pmap_pte_v(pmap, pte)           ((*(pt_entry_t *)pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0)
 145
 146 /*
 147  * Given a map and a machine independent protection code,
 148  * convert to a vax protection code.
 149  */
 150 #define pte_prot(m, p)          \
 151         (m->protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
 152 static int protection_codes[PROTECTION_CODES_SIZE];
 153
 154 struct pmap kernel_pmap;
 155 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
 156
 157 MALLOC_DEFINE(M_OBJPMAP, "objpmap", "pmaps associated with VM objects");
 158
 159 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
 160 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
 161 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
 162 vm_offset_t virtual2_end;
 163 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 164 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 165 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
 166 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
 167 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
 168 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
 169 //static int pgeflag;           /* PG_G or-in */
 170 //static int pseflag;           /* PG_PS or-in */
 171 uint64_t PatMsr;
 172
 173 static int ndmpdp;
 174 static vm_paddr_t dmaplimit;
 175 static int nkpt;
 176 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 177
 178 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
 179 /*static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];*/    /* PAT -> PG_ bits */
 180
 181 static uint64_t KPTbase;
 182 static uint64_t KPTphys;
 183 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
 184 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
 185 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
 186 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
 187
 188 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
 189 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
 190
 191 /*
 192  * Data for the pv entry allocation mechanism
 193  */
 194 static vm_zone_t pvzone;
 195 static struct vm_zone pvzone_store;
 196 static struct vm_object pvzone_obj;
 197 static int pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
 198 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
 199 static struct pv_entry *pvinit;
 200
 201 /*
 202  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
 203  */
 204 pt_entry_t *CMAP1 = NULL, *ptmmap;
 205 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
 206 static pt_entry_t *msgbufmap;
 207 struct msgbuf *msgbufp=NULL;
 208
 209 /*
 210  * PMAP default PG_* bits. Needed to be able to add
 211  * EPT/NPT pagetable pmap_bits for the VMM module
 212  */
 213 uint64_t pmap_bits_default[] = {
 214                 REGULAR_PMAP,                                   /* TYPE_IDX             0 */
 215                 X86_PG_V,                                       /* PG_V_IDX             1 */
 216                 X86_PG_RW,                                      /* PG_RW_IDX            2 */
 217                 X86_PG_U,                                       /* PG_U_IDX             3 */
 218                 X86_PG_A,                                       /* PG_A_IDX             4 */
 219                 X86_PG_M,                                       /* PG_M_IDX             5 */
 220                 X86_PG_PS,                                      /* PG_PS_IDX3           6 */
 221                 X86_PG_G,                                       /* PG_G_IDX             7 */
 222                 X86_PG_AVAIL1,                                  /* PG_AVAIL1_IDX        8 */
 223                 X86_PG_AVAIL2,                                  /* PG_AVAIL2_IDX        9 */
 224                 X86_PG_AVAIL3,                                  /* PG_AVAIL3_IDX        10 */
 225                 X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD,                  /* PG_N_IDX     11 */
 226 };
 227 /*
 228  * Crashdump maps.
 229  */
 230 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
 231 static caddr_t crashdumpmap;
 232
 233 #ifdef PMAP_DEBUG2
 234 static int pmap_enter_debug = 0;
 235 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_enter_debug, CTLFLAG_RW,
 236     &pmap_enter_debug, 0, "Debug pmap_enter's");
 237 #endif
 238 static int pmap_yield_count = 64;
 239 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
 240     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
 241 static int pmap_mmu_optimize = 0;
 242 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_mmu_optimize, CTLFLAG_RW,
 243     &pmap_mmu_optimize, 0, "Share page table pages when possible");
 244 int pmap_fast_kernel_cpusync = 0;
 245 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_fast_kernel_cpusync, CTLFLAG_RW,
 246     &pmap_fast_kernel_cpusync, 0, "Share page table pages when possible");
 247
 248 #define DISABLE_PSE
 249
 250 /* Standard user access funtions */
 251 extern int std_copyinstr (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len,
 252     size_t *lencopied);
 253 extern int std_copyin (const void *udaddr, void *kaddr, size_t len);
 254 extern int std_copyout (const void *kaddr, void *udaddr, size_t len);
 255 extern int std_fubyte (const void *base);
 256 extern int std_subyte (void *base, int byte);
 257 extern long std_fuword (const void *base);
 258 extern int std_suword (void *base, long word);
 259 extern int std_suword32 (void *base, int word);
 260
 261 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
 262 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
 263                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 264 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
 265 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
 266                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 267 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
 268 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
 269                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 270 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex
 271                                 PMAP_DEBUG_DECL);
 272 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp);
 273 static pv_entry_t pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex);
 274 static void pv_put(pv_entry_t pv);
 275 static void pv_free(pv_entry_t pv);
 276 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
 277 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
 278                       pv_entry_t *pvpp);
 279 static pv_entry_t pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
 280                       pv_entry_t *pvpp, vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va);
 281 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
 282                         pmap_inval_bulk_t *bulk);
 283 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv);
 284 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
 285                         pmap_inval_bulk_t *bulk);
 286
 287 struct pmap_scan_info;
 288 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
 289                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
 290                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
 291 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
 292                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
 293                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
 294
 295 static void i386_protection_init (void);
 296 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
 297 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
 298 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
 299
 300 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 301 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
 302
 303 static void pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap);
 304
 305 static unsigned pdir4mb;
 306
 307 static int
 308 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
 309 {
 310         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
 311                 return(-1);
 312         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
 313                 return(1);
 314         return(0);
 315 }
 316
 317 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
 318              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
 319
 320 static __inline
 321 void
 322 pmap_page_stats_adding(vm_page_t m)
 323 {
 324         globaldata_t gd = mycpu;
 325
 326         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
 327                 ++gd->gd_vmtotal.t_arm;
 328         } else if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) ==
 329                    TAILQ_LAST(&m->md.pv_list, md_page_pv_list)) {
 330                 ++gd->gd_vmtotal.t_armshr;
 331                 ++gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 332         } else {
 333                 ++gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 334         }
 335 }
 336
 337 static __inline
 338 void
 339 pmap_page_stats_deleting(vm_page_t m)
 340 {
 341         globaldata_t gd = mycpu;
 342
 343         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list)) {
 344                 --gd->gd_vmtotal.t_arm;
 345         } else if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) ==
 346                    TAILQ_LAST(&m->md.pv_list, md_page_pv_list)) {
 347                 --gd->gd_vmtotal.t_armshr;
 348                 --gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 349         } else {
 350                 --gd->gd_vmtotal.t_avmshr;
 351         }
 352 }
 353
 354 /*
 355  * Move the kernel virtual free pointer to the next
 356  * 2MB.  This is used to help improve performance
 357  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
 358  * (.text, .data, .bss)
 359  */
 360 static
 361 vm_offset_t
 362 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
 363 {
 364         vm_offset_t newaddr = addr;
 365
 366         newaddr = roundup2(addr, NBPDR);
 367         return newaddr;
 368 }
 369
 370 /*
 371  * pmap_pte_quick:
 372  *
 373  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
 374  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
 375  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
 376  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
 377  */
 378 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 379
 380 static
 381 pt_entry_t *
 382 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 383 {
 384         return pmap_pte(pmap, va);
 385 }
 386
 387 /*
 388  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
 389  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
 390  *
 391  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
 392  * We want to properly translate negative KVAs.
 393  */
 394 static __inline
 395 vm_pindex_t
 396 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
 397 {
 398         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Returns the pindex of a page table.
 403  */
 404 static __inline
 405 vm_pindex_t
 406 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
 407 {
 408         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
 409 }
 410
 411 /*
 412  * Returns the pindex of a page directory.
 413  */
 414 static __inline
 415 vm_pindex_t
 416 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
 417 {
 418         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
 419                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
 420 }
 421
 422 static __inline
 423 vm_pindex_t
 424 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
 425 {
 426         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
 427                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
 428 }
 429
 430 static __inline
 431 vm_pindex_t
 432 pmap_pml4_pindex(void)
 433 {
 434         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
 435 }
 436
 437 /*
 438  * Return various clipped indexes for a given VA
 439  *
 440  * Returns the index of a pte in a page table, representing a terminal
 441  * page.
 442  */
 443 static __inline
 444 vm_pindex_t
 445 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
 446 {
 447         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
 448 }
 449
 450 /*
 451  * Returns the index of a pt in a page directory, representing a page
 452  * table.
 453  */
 454 static __inline
 455 vm_pindex_t
 456 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
 457 {
 458         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
 459 }
 460
 461 /*
 462  * Returns the index of a pd in a page directory page, representing a page
 463  * directory.
 464  */
 465 static __inline
 466 vm_pindex_t
 467 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
 468 {
 469         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
 470 }
 471
 472 /*
 473  * Returns the index of a pdp in the pml4 table, representing a page
 474  * directory page.
 475  */
 476 static __inline
 477 vm_pindex_t
 478 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
 479 {
 480         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
 481 }
 482
 483 /*
 484  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
 485  *
 486  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
 487  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
 488  */
 489 static
 490 void *
 491 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
 492 {
 493         pt_entry_t *pte;
 494
 495         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
 496         return(&pte[pindex]);
 497 }
 498
 499 /*
 500  * Return pointer to PDP slot in the PML4
 501  */
 502 static __inline
 503 pml4_entry_t *
 504 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 505 {
 506         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
 507 }
 508
 509 /*
 510  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
 511  */
 512 static __inline
 513 pdp_entry_t *
 514 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
 515 {
 516         pdp_entry_t *pd;
 517
 518         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
 519         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
 520 }
 521
 522 /*
 523  * Return pointer to PD slot in the PDP.
 524  */
 525 static __inline
 526 pdp_entry_t *
 527 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 528 {
 529         pml4_entry_t *pdp;
 530
 531         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
 532         if ((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
 533                 return NULL;
 534         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
 535 }
 536
 537 /*
 538  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
 539  */
 540 static __inline
 541 pd_entry_t *
 542 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
 543 {
 544         pd_entry_t *pt;
 545
 546         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
 547         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
 548 }
 549
 550 /*
 551  * Return pointer to PT slot in the PD
 552  *
 553  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
 554  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
 555  *                   must look it up via the pmap.
 556  */
 557 static __inline
 558 pd_entry_t *
 559 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 560 {
 561         pdp_entry_t *pd;
 562         pv_entry_t pv;
 563         vm_pindex_t pd_pindex;
 564
 565         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
 566                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
 567                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
 568                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
 569                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
 570                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL)
 571                         return NULL;
 572                 return (pmap_pd_to_pt(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m), va));
 573         } else {
 574                 pd = pmap_pd(pmap, va);
 575                 if (pd == NULL || (*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
 576                          return NULL;
 577                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
 578         }
 579 }
 580
 581 /*
 582  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
 583  */
 584 static __inline
 585 pt_entry_t *
 586 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
 587 {
 588         pt_entry_t *pte;
 589
 590         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
 591         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
 592 }
 593
 594 /*
 595  * Return pointer to PTE slot in the PT
 596  */
 597 static __inline
 598 pt_entry_t *
 599 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 600 {
 601         pd_entry_t *pt;
 602
 603         pt = pmap_pt(pmap, va);
 604         if (pt == NULL || (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) == 0)
 605                  return NULL;
 606         if ((*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) != 0)
 607                 return ((pt_entry_t *)pt);
 608         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
 609 }
 610
 611 /*
 612  * Of all the layers (PTE, PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
 613  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
 614  *
 615  * NOTE: The pmap spinlock does not need to be held but the passed-in pv
 616  *       must be in a known associated state (typically by being locked when
 617  *       the pmap spinlock isn't held).  We allow the race for that case.
 618  */
 619 static __inline
 620 void
 621 pv_cache(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
 622 {
 623         if (pindex >= pmap_pt_pindex(0) && pindex <= pmap_pd_pindex(0))
 624                 pv->pv_pmap->pm_pvhint = pv;
 625 }
 626
 627
 628 /*
 629  * Return address of PT slot in PD (KVM only)
 630  *
 631  * Cannot be used for user page tables because it might interfere with
 632  * the shared page-table-page optimization (pmap_mmu_optimize).
 633  */
 634 static __inline
 635 pd_entry_t *
 636 vtopt(vm_offset_t va)
 637 {
 638         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
 639                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 640
 641         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
 642 }
 643
 644 /*
 645  * KVM - return address of PTE slot in PT
 646  */
 647 static __inline
 648 pt_entry_t *
 649 vtopte(vm_offset_t va)
 650 {
 651         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
 652                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
 653
 654         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
 655 }
 656
 657 static uint64_t
 658 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
 659 {
 660         uint64_t ret;
 661
 662         ret = *firstaddr;
 663         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
 664         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
 665         return (ret);
 666 }
 667
 668 static
 669 void
 670 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
 671 {
 672         long i;         /* must be 64 bits */
 673         long nkpt_base;
 674         long nkpt_phys;
 675         int j;
 676
 677         /*
 678          * We are running (mostly) V=P at this point
 679          *
 680          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
 681          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
 682          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
 683          *
 684          * Maxmem is in pages.
 685          *
 686          * ndmpdp is the number of 1GB pages we wish to map.
 687          */
 688         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
 689         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
 690                 ndmpdp = 4;
 691         KKASSERT(ndmpdp <= NKPDPE * NPDEPG);
 692
 693         /*
 694          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
 695          */
 696         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
 697         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
 698         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E +
 699                        ndmpdp) + 511) / 512;
 700         nkpt_phys += 128;
 701
 702         /*
 703          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
 704          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
 705          */
 706         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
 707
 708         /*
 709          * Allocate pages
 710          */
 711         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
 712         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
 713         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
 714         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
 715         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
 716
 717         /*
 718          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
 719          * that is where we start populating the page table pages.
 720          * Basically this is the end - 2.
 721          */
 722         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
 723
 724         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
 725         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
 726                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
 727         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
 728
 729         /*
 730          * Fill in the underlying page table pages for the area around
 731          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
 732          *
 733          * Read-only from zero to physfree
 734          * XXX not fully used, underneath 2M pages
 735          */
 736         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
 737                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
 738                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |=
 739                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 740                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 741                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
 742         }
 743
 744         /*
 745          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
 746          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
 747          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
 748          * data, bss, and initial pre-allocations.
 749          */
 750         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
 751                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
 752                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
 753                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 754                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
 755         }
 756         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
 757                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
 758                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |=
 759                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 760                     pmap_bits_default[PG_V_IDX];
 761         }
 762
 763         /*
 764          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
 765          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
 766          * above in the KERNBASE area.
 767          */
 768         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
 769                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
 770                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |=
 771                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 772                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 773                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 774                     pmap_bits_default[PG_G_IDX];
 775         }
 776
 777         /*
 778          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
 779          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
 780          */
 781         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
 782                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
 783                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
 784                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
 785                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 786                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 787                     pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 788         }
 789
 790         /*
 791          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
 792          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
 793          *
 794          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
 795          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
 796          */
 797         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
 798                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
 799                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
 800                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |=
 801                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 802                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 803                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 804                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
 805                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
 806                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
 807                 }
 808
 809                 /*
 810                  * And the direct map space's PDP
 811                  */
 812                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 813                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
 814                                                         (i << PAGE_SHIFT);
 815                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
 816                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 817                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 818                             pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 819                 }
 820         } else {
 821                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
 822                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
 823                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
 824                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |=
 825                             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 826                             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 827                             pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 828                             pmap_bits_default[PG_G_IDX] |
 829                             pmap_bits_default[PG_M_IDX] |
 830                             pmap_bits_default[PG_A_IDX];
 831                 }
 832         }
 833
 834         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
 835         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
 836         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |=
 837             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 838             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 839             pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 840
 841         /*
 842          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
 843          */
 844         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
 845                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
 846                     (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
 847                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 848                     pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 849                     pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 850         }
 851
 852         /*
 853          * Connect the KVA slot up to the PML4
 854          */
 855         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
 856         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |=
 857             pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 858             pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 859             pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 860 }
 861
 862 /*
 863  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 864  *
 865  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
 866  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
 867  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
 868  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
 869  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
 870  *      (physical) address starting relative to 0]
 871  */
 872 void
 873 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
 874 {
 875         vm_offset_t va;
 876         pt_entry_t *pte;
 877
 878         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
 879         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 880         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
 881
 882         avail_start = *firstaddr;
 883
 884         /*
 885          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
 886          */
 887         create_pagetables(firstaddr);
 888
 889         virtual2_start = KvaStart;
 890         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
 891
 892         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
 893         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
 894
 895         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
 896
 897         /* XXX do %cr0 as well */
 898         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
 899         load_cr3(KPML4phys);
 900
 901         /*
 902          * Initialize protection array.
 903          */
 904         i386_protection_init();
 905
 906         /*
 907          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
 908          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
 909          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
 910          */
 911         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
 912         kernel_pmap.pm_count = 1;
 913         CPUMASK_ASSALLONES(kernel_pmap.pm_active);
 914         RB_INIT(&kernel_pmap.pm_pvroot);
 915         spin_init(&kernel_pmap.pm_spin, "pmapbootstrap");
 916         lwkt_token_init(&kernel_pmap.pm_token, "kpmap_tok");
 917
 918         /*
 919          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
 920          * mapping of pages.
 921          */
 922 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
 923         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
 924
 925         va = virtual_start;
 926         pte = vtopte(va);
 927
 928         /*
 929          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
 930          */
 931         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
 932
 933         /*
 934          * Crashdump maps.
 935          */
 936         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
 937
 938         /*
 939          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
 940          * /dev/mem.
 941          */
 942         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
 943
 944         /*
 945          * msgbufp is used to map the system message buffer.
 946          * XXX msgbufmap is not used.
 947          */
 948         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
 949                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
 950
 951         virtual_start = va;
 952         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
 953
 954         *CMAP1 = 0;
 955
 956         /*
 957          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
 958          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
 959          * works under UP because self-referential page table mappings
 960          */
 961 //      pgeflag = 0;
 962
 963 /*
 964  * Initialize the 4MB page size flag
 965  */
 966 //      pseflag = 0;
 967 /*
 968  * The 4MB page version of the initial
 969  * kernel page mapping.
 970  */
 971         pdir4mb = 0;
 972
 973 #if !defined(DISABLE_PSE)
 974         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
 975                 pt_entry_t ptditmp;
 976                 /*
 977                  * Note that we have enabled PSE mode
 978                  */
 979 //              pseflag = kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX];
 980                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
 981                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
 982                 ptditmp |= pmap_bits_default[PG_V_IDX] |
 983                     pmap_bits_default[PG_RW_IDX] |
 984                     pmap_bits_default[PG_PS_IDX] |
 985                     pmap_bits_default[PG_U_IDX];
 986 //                  pgeflag;
 987                 pdir4mb = ptditmp;
 988         }
 989 #endif
 990         cpu_invltlb();
 991
 992         /* Initialize the PAT MSR */
 993         pmap_init_pat();
 994         pmap_pinit_defaults(&kernel_pmap);
 995
 996         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.pmap_fast_kernel_cpusync",
 997                           &pmap_fast_kernel_cpusync);
 998
 999 }
1000
1001 /*
1002  * Setup the PAT MSR.
1003  */
1004 void
1005 pmap_init_pat(void)
1006 {
1007         uint64_t pat_msr;
1008         u_long cr0, cr4;
1009
1010         /*
1011          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
1012          * The default values effectively ignore the PATi bit by
1013          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
1014          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
1015          */
1016         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
1017                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
1018                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
1019                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
1020                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
1021                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
1022                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
1023                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
1024         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
1025         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | X86_PG_NC_PWT;
1026         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = X86_PG_NC_PCD;
1027         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = X86_PG_NC_PCD | X86_PG_NC_PWT;
1028         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1029         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
1030
1031         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
1032                 /*
1033                  * If we support the PAT then set-up entries for
1034                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
1035                  * 4 and 5.
1036                  */
1037                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(4)) |
1038                           PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_PROTECTED);
1039                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
1040                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_COMBINING);
1041                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = X86_PG_PTE_PAT | 0;
1042                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_NC_PWT;
1043
1044                 /*
1045                  * Then enable the PAT
1046                  */
1047
1048                 /* Disable PGE. */
1049                 cr4 = rcr4();
1050                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1051
1052                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1053                 cr0 = rcr0();
1054                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1055
1056                 /* Flushes caches and TLBs. */
1057                 wbinvd();
1058                 cpu_invltlb();
1059
1060                 /* Update PAT and index table. */
1061                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1062
1063                 /* Flush caches and TLBs again. */
1064                 wbinvd();
1065                 cpu_invltlb();
1066
1067                 /* Restore caches and PGE. */
1068                 load_cr0(cr0);
1069                 load_cr4(cr4);
1070                 PatMsr = pat_msr;
1071         }
1072 }
1073
1074 /*
1075  * Set 4mb pdir for mp startup
1076  */
1077 void
1078 pmap_set_opt(void)
1079 {
1080         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
1081                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
1082                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
1083                         cpu_invltlb();
1084                 }
1085         }
1086 }
1087
1088 /*
1089  *      Initialize the pmap module.
1090  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1091  *      system needs to map virtual memory.
1092  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
1093  *      way, discontiguous physical memory.
1094  */
1095 void
1096 pmap_init(void)
1097 {
1098         int i;
1099         int initial_pvs;
1100
1101         /*
1102          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
1103          * pv_head_table.
1104          */
1105
1106         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1107                 vm_page_t m;
1108
1109                 m = &vm_page_array[i];
1110                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1111         }
1112
1113         /*
1114          * init the pv free list
1115          */
1116         initial_pvs = vm_page_array_size;
1117         if (initial_pvs < MINPV)
1118                 initial_pvs = MINPV;
1119         pvzone = &pvzone_store;
1120         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
1121                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
1122         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
1123                   pvinit, initial_pvs);
1124
1125         /*
1126          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1127          */
1128         pmap_initialized = TRUE;
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1133  * high water mark so that the system can recover from excessive
1134  * numbers of pv entries.
1135  */
1136 void
1137 pmap_init2(void)
1138 {
1139         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
1140         int entry_max;
1141
1142         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1143         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
1144         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1145         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1146
1147         /*
1148          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1149          */
1150         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
1151         if (entry_max <= 0)
1152                 entry_max = 1;
1153
1154         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
1155 }
1156
1157 /*
1158  * Typically used to initialize a fictitious page by vm/device_pager.c
1159  */
1160 void
1161 pmap_page_init(struct vm_page *m)
1162 {
1163         vm_page_init(m);
1164         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1165 }
1166
1167 /***************************************************
1168  * Low level helper routines.....
1169  ***************************************************/
1170
1171 /*
1172  * this routine defines the region(s) of memory that should
1173  * not be tested for the modified bit.
1174  */
1175 static __inline
1176 int
1177 pmap_track_modified(vm_pindex_t pindex)
1178 {
1179         vm_offset_t va = (vm_offset_t)pindex << PAGE_SHIFT;
1180         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva))
1181                 return 1;
1182         else
1183                 return 0;
1184 }
1185
1186 /*
1187  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1188  * The page must be wired for this to work reliably.
1189  *
1190  * XXX for the moment we're using pv_find() instead of pv_get(), as
1191  *     callers might be expecting non-blocking operation.
1192  */
1193 vm_paddr_t
1194 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1195 {
1196         vm_paddr_t rtval;
1197         pv_entry_t pt_pv;
1198         pt_entry_t *ptep;
1199
1200         rtval = 0;
1201         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1202                 /*
1203                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1204                  * there is typically no PV tracking of pte's
1205                  */
1206                 pd_entry_t *pt;
1207
1208                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1209                 if (pt && (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
1210                         if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1211                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1212                                 rtval |= va & PDRMASK;
1213                         } else {
1214                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1215                                 if (*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1216                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1217                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1218                                 }
1219                         }
1220                 }
1221         } else {
1222                 /*
1223                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1224                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1225                  * will have a PV.
1226                  */
1227                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1228                 if (pt_pv) {
1229                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1230                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
1231                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1232                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1233                         }
1234                         pv_drop(pt_pv);
1235                 }
1236         }
1237         return rtval;
1238 }
1239
1240 /*
1241  * Similar to extract but checks protections, SMP-friendly short-cut for
1242  * vm_fault_page[_quick]().  Can return NULL to cause the caller to
1243  * fall-through to the real fault code.
1244  *
1245  * The returned page, if not NULL, is held (and not busied).
1246  */
1247 vm_page_t
1248 pmap_fault_page_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1249 {
1250         if (pmap && va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1251                 pv_entry_t pt_pv;
1252                 pv_entry_t pte_pv;
1253                 pt_entry_t *ptep;
1254                 pt_entry_t req;
1255                 vm_page_t m;
1256                 int error;
1257
1258                 req = pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1259                       pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1260                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
1261                         req |= pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
1262
1263                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1264                 if (pt_pv == NULL)
1265                         return (NULL);
1266                 ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1267                 if ((*ptep & req) != req) {
1268                         pv_drop(pt_pv);
1269                         return (NULL);
1270                 }
1271                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(va), &error);
1272                 if (pte_pv && error == 0) {
1273                         m = pte_pv->pv_m;
1274                         vm_page_hold(m);
1275                         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1276                                 vm_page_dirty(m);
1277                         pv_put(pte_pv);
1278                 } else if (pte_pv) {
1279                         pv_drop(pte_pv);
1280                         m = NULL;
1281                 } else {
1282                         m = NULL;
1283                 }
1284                 pv_drop(pt_pv);
1285                 return(m);
1286         } else {
1287                 return(NULL);
1288         }
1289 }
1290
1291 /*
1292  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1293  */
1294 vm_paddr_t
1295 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1296 {
1297         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1298         vm_paddr_t pa;
1299
1300         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1301                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1302         } else {
1303                 pt = *vtopt(va);
1304                 if (pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_PS_IDX]) {
1305                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1306                 } else {
1307                         /*
1308                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1309                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1310                          * be used to access the PTE because it would use the
1311                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1312                          * because the page table page is preserved by the
1313                          * promotion.
1314                          */
1315                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1316                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1317                 }
1318         }
1319         return pa;
1320 }
1321
1322 /***************************************************
1323  * Low level mapping routines.....
1324  ***************************************************/
1325
1326 /*
1327  * Routine: pmap_kenter
1328  * Function:
1329  *      Add a wired page to the KVA
1330  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
1331  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
1332  */
1333 void
1334 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1335 {
1336         pt_entry_t *ptep;
1337         pt_entry_t npte;
1338
1339         npte = pa |
1340             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1341             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1342 //          pgeflag;
1343         ptep = vtopte(va);
1344 #if 1
1345         pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, 1, ptep, npte);
1346 #else
1347         /* FUTURE */
1348         if (*ptep)
1349                 pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, ptep, npte);
1350         else
1351                 *ptep = npte;
1352 #endif
1353 }
1354
1355 /*
1356  * Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the mapping on the
1357  * current CPU.  Returns 0 if the previous pte was 0, 1 if it wasn't
1358  * (caller can conditionalize calling smp_invltlb()).
1359  */
1360 int
1361 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1362 {
1363         pt_entry_t *ptep;
1364         pt_entry_t npte;
1365         int res;
1366
1367         npte = pa |
1368             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1369             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1370 //          pgeflag;
1371         ptep = vtopte(va);
1372 #if 1
1373         res = 1;
1374 #else
1375         /* FUTURE */
1376         res = (*ptep != 0);
1377 #endif
1378         *ptep = npte;
1379         cpu_invlpg((void *)va);
1380
1381         return res;
1382 }
1383
1384 /*
1385  * Enter addresses into the kernel pmap but don't bother
1386  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
1387  * invalidation via pmap_rollup_inval().
1388  */
1389 int
1390 pmap_kenter_noinval(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1391 {
1392         pt_entry_t *ptep;
1393         pt_entry_t npte;
1394         int res;
1395
1396         npte = pa |
1397             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1398             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX];
1399 //          pgeflag;
1400         ptep = vtopte(va);
1401 #if 1
1402         res = 1;
1403 #else
1404         /* FUTURE */
1405         res = (*ptep != 0);
1406 #endif
1407         *ptep = npte;
1408         cpu_invlpg((void *)va);
1409
1410         return res;
1411 }
1412
1413 /*
1414  * remove a page from the kernel pagetables
1415  */
1416 void
1417 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1418 {
1419         pt_entry_t *ptep;
1420
1421         ptep = vtopte(va);
1422         pmap_inval_smp(&kernel_pmap, va, 1, ptep, 0);
1423 }
1424
1425 void
1426 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1427 {
1428         pt_entry_t *ptep;
1429
1430         ptep = vtopte(va);
1431         (void)pte_load_clear(ptep);
1432         cpu_invlpg((void *)va);
1433 }
1434
1435 /*
1436  * Remove addresses from the kernel pmap but don't bother
1437  * doing any tlb invalidations.  Caller will do a rollup
1438  * invalidation via pmap_rollup_inval().
1439  */
1440 void
1441 pmap_kremove_noinval(vm_offset_t va)
1442 {
1443         pt_entry_t *ptep;
1444
1445         ptep = vtopte(va);
1446         (void)pte_load_clear(ptep);
1447 }
1448
1449 /*
1450  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1451  */
1452 void
1453 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1454 {
1455         atomic_set_long(vtopte(va), kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX]);
1456         cpu_invlpg((void *)va);
1457 }
1458
1459 /* NOT USED
1460 void
1461 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1462 {
1463         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
1464         cpu_invlpg((void *)va);
1465 }
1466 */
1467
1468 /*
1469  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1470  * address space during the low level boot, typically to map the
1471  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1472  *
1473  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1474  * kernel text+data.
1475  *
1476  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1477  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1478  * have access to the related pointers.
1479  */
1480 vm_offset_t
1481 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1482 {
1483         vm_offset_t va;
1484         vm_offset_t va_start;
1485
1486         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1487
1488         va_start = *virtp;
1489         va = va_start;
1490
1491         while (start < end) {
1492                 pmap_kenter_quick(va, start);
1493                 va += PAGE_SIZE;
1494                 start += PAGE_SIZE;
1495         }
1496         *virtp = va;
1497         return va_start;
1498 }
1499
1500 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1501
1502 /*
1503  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1504  *
1505  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1506  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1507  * when moving pages into a different cache domain.
1508  */
1509 void
1510 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1511 {
1512         vm_offset_t daddr, eva;
1513         int i;
1514
1515         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1516             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1517                 wbinvd();
1518         else {
1519                 cpu_mfence();
1520                 for (i = 0; i < count; i++) {
1521                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1522                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1523                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1524                                 clflush(daddr);
1525                 }
1526                 cpu_mfence();
1527         }
1528 }
1529
1530 void
1531 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1532 {
1533         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1534             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1535         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1536             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1537
1538         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
1539                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1540         } else {
1541                 /* Globally invalidate caches */
1542                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
1543         }
1544 }
1545
1546 /*
1547  * Invalidate the specified range of virtual memory on all cpus associated
1548  * with the pmap.
1549  */
1550 void
1551 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1552 {
1553         pmap_inval_smp(pmap, sva, (eva - sva) >> PAGE_SHIFT, NULL, 0);
1554 }
1555
1556 /*
1557  * Add a list of wired pages to the kva.  This routine is used for temporary
1558  * kernel mappings such as those found in buffer cache buffer.  Page
1559  * modifications and accesses are not tracked or recorded.
1560  *
1561  * NOTE! Old mappings are simply overwritten, and we cannot assume relaxed
1562  *       semantics as previous mappings may have been zerod without any
1563  *       invalidation.
1564  *
1565  * The page *must* be wired.
1566  */
1567 void
1568 pmap_qenter(vm_offset_t beg_va, vm_page_t *m, int count)
1569 {
1570         vm_offset_t end_va;
1571         vm_offset_t va;
1572
1573         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
1574
1575         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
1576                 pt_entry_t *pte;
1577
1578                 pte = vtopte(va);
1579                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) |
1580                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1581                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
1582                     kernel_pmap.pmap_cache_bits[(*m)->pat_mode];
1583 //              pgeflag;
1584                 m++;
1585         }
1586         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, beg_va, end_va);
1587 }
1588
1589 /*
1590  * This routine jerks page mappings from the kernel -- it is meant only
1591  * for temporary mappings such as those found in buffer cache buffers.
1592  * No recording modified or access status occurs.
1593  *
1594  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1595  */
1596 void
1597 pmap_qremove(vm_offset_t beg_va, int count)
1598 {
1599         vm_offset_t end_va;
1600         vm_offset_t va;
1601
1602         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
1603
1604         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
1605                 pt_entry_t *pte;
1606
1607                 pte = vtopte(va);
1608                 (void)pte_load_clear(pte);
1609                 cpu_invlpg((void *)va);
1610         }
1611         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, beg_va, end_va);
1612 }
1613
1614 /*
1615  * This routine removes temporary kernel mappings, only invalidating them
1616  * on the current cpu.  It should only be used under carefully controlled
1617  * conditions.
1618  */
1619 void
1620 pmap_qremove_quick(vm_offset_t beg_va, int count)
1621 {
1622         vm_offset_t end_va;
1623         vm_offset_t va;
1624
1625         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
1626
1627         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
1628                 pt_entry_t *pte;
1629
1630                 pte = vtopte(va);
1631                 (void)pte_load_clear(pte);
1632                 cpu_invlpg((void *)va);
1633         }
1634 }
1635
1636 /*
1637  * This routine removes temporary kernel mappings *without* invalidating
1638  * the TLB.  It can only be used on permanent kva reservations such as those
1639  * found in buffer cache buffers, under carefully controlled circumstances.
1640  *
1641  * NOTE: Repopulating these KVAs requires unconditional invalidation.
1642  *       (pmap_qenter() does unconditional invalidation).
1643  */
1644 void
1645 pmap_qremove_noinval(vm_offset_t beg_va, int count)
1646 {
1647         vm_offset_t end_va;
1648         vm_offset_t va;
1649
1650         end_va = beg_va + count * PAGE_SIZE;
1651
1652         for (va = beg_va; va < end_va; va += PAGE_SIZE) {
1653                 pt_entry_t *pte;
1654
1655                 pte = vtopte(va);
1656                 (void)pte_load_clear(pte);
1657         }
1658 }
1659
1660 /*
1661  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1662  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1663  */
1664 void
1665 pmap_init_thread(thread_t td)
1666 {
1667         /* enforce pcb placement & alignment */
1668         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1669         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1670         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1671         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1672 }
1673
1674 /*
1675  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1676  */
1677 void
1678 pmap_init_proc(struct proc *p)
1679 {
1680 }
1681
1682 static void
1683 pmap_pinit_defaults(struct pmap *pmap)
1684 {
1685         bcopy(pmap_bits_default, pmap->pmap_bits,
1686               sizeof(pmap_bits_default));
1687         bcopy(protection_codes, pmap->protection_codes,
1688               sizeof(protection_codes));
1689         bcopy(pat_pte_index, pmap->pmap_cache_bits,
1690               sizeof(pat_pte_index));
1691         pmap->pmap_cache_mask = X86_PG_NC_PWT | X86_PG_NC_PCD | X86_PG_PTE_PAT;
1692         pmap->copyinstr = std_copyinstr;
1693         pmap->copyin = std_copyin;
1694         pmap->copyout = std_copyout;
1695         pmap->fubyte = std_fubyte;
1696         pmap->subyte = std_subyte;
1697         pmap->fuword = std_fuword;
1698         pmap->suword = std_suword;
1699         pmap->suword32 = std_suword32;
1700 }
1701 /*
1702  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1703  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1704  *
1705  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1706  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1707  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1708  */
1709 void
1710 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1711 {
1712         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1713         pmap->pm_count = 1;
1714         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
1715         pmap->pm_pvhint = NULL;
1716         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1717         spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinit0");
1718         lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1719         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1720         pmap_pinit_defaults(pmap);
1721 }
1722
1723 /*
1724  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1725  * such as one in a vmspace structure.
1726  */
1727 static void
1728 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
1729 {
1730         /*
1731          * Misc initialization
1732          */
1733         pmap->pm_count = 1;
1734         CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
1735         pmap->pm_pvhint = NULL;
1736         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
1737
1738         pmap_pinit_defaults(pmap);
1739
1740         /*
1741          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
1742          * for this).
1743          */
1744         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
1745                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1746                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1747                 spin_init(&pmap->pm_spin, "pmapinitsimple");
1748                 lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1749         }
1750 }
1751
1752 void
1753 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1754 {
1755         pv_entry_t pv;
1756         int j;
1757
1758         if (pmap->pm_pmlpv) {
1759                 if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] != REGULAR_PMAP) {
1760                         pmap_puninit(pmap);
1761                 }
1762         }
1763
1764         pmap_pinit_simple(pmap);
1765         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
1766
1767         /*
1768          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1769          * page directory table.
1770          */
1771         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1772                 pmap->pm_pml4 =
1773                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1774         }
1775
1776         /*
1777          * Allocate the page directory page, which wires it even though
1778          * it isn't being entered into some higher level page table (it
1779          * being the highest level).  If one is already cached we don't
1780          * have to do anything.
1781          */
1782         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
1783                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1784                 pmap->pm_pmlpv = pv;
1785                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
1786                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
1787                 pv_put(pv);
1788
1789                 /*
1790                  * Install DMAP and KMAP.
1791                  */
1792                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1793                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
1794                             (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
1795                             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1796                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1797                             pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1798                 }
1799                 pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys |
1800                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1801                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1802                     pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
1803
1804                 /*
1805                  * install self-referential address mapping entry
1806                  */
1807                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
1808                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
1809                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
1810                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
1811                     pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
1812         } else {
1813                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
1814                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
1815         }
1816         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
1817         KKASSERT(RB_ROOT(&pmap->pm_pvroot) == pv);
1818         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_left == NULL);
1819         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_right == NULL);
1820 }
1821
1822 /*
1823  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1824  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1825  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1826  * of cleanup work to do here.
1827  */
1828 void
1829 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1830 {
1831         pv_entry_t pv;
1832         vm_page_t p;
1833
1834         KKASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active));
1835         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
1836                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
1837                         pv_lock(pv);
1838                 KKASSERT(pv == pmap->pm_pmlpv);
1839                 p = pmap_remove_pv_page(pv);
1840                 pv_free(pv);
1841                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1842                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
1843                 KKASSERT(p->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED));
1844                 vm_page_unwire(p, 0);
1845                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1846
1847                 /*
1848                  * XXX eventually clean out PML4 static entries and
1849                  * use vm_page_free_zero()
1850                  */
1851                 vm_page_free(p);
1852                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
1853         }
1854         if (pmap->pm_pml4) {
1855                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1856                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1857                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1858         }
1859         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
1860         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1865  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1866  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1867  * then copies the template.
1868  */
1869 void
1870 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1871 {
1872         spin_lock(&pmap_spin);
1873         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1874         spin_unlock(&pmap_spin);
1875 }
1876
1877 /*
1878  * This routine is called when various levels in the page table need to
1879  * be populated.  This routine cannot fail.
1880  *
1881  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
1882  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
1883  * the pv did not previously exist it will be mapped into its parent
1884  * and wired, otherwise no additional wire count will be added.
1885  */
1886 static
1887 pv_entry_t
1888 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
1889 {
1890         pt_entry_t *ptep;
1891         pv_entry_t pv;
1892         pv_entry_t pvp;
1893         vm_pindex_t pt_pindex;
1894         vm_page_t m;
1895         int isnew;
1896         int ispt;
1897
1898         /*
1899          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
1900          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
1901          * is returned.  The pv will also have a second hold related to the
1902          * pmap association that we don't have to worry about.
1903          */
1904         ispt = 0;
1905         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
1906         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
1907                 return(pv);
1908
1909         /*
1910          * Special case terminal PVs.  These are not page table pages so
1911          * no vm_page is allocated (the caller supplied the vm_page).  If
1912          * pvpp is non-NULL we are being asked to also removed the pt_pv
1913          * for this pv.
1914          *
1915          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
1916          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.
1917          */
1918         if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0)) {
1919                 if (ptepindex >= NUPTE_USER)
1920                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1921                 else
1922                         KKASSERT(pvpp != NULL);
1923                 if (pvpp) {
1924                         pt_pindex = NUPTE_TOTAL + (ptepindex >> NPTEPGSHIFT);
1925                         pvp = pmap_allocpte(pmap, pt_pindex, NULL);
1926                         if (isnew)
1927                                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1928                         *pvpp = pvp;
1929                 } else {
1930                         pvp = NULL;
1931                 }
1932                 return(pv);
1933         }
1934
1935         /*
1936          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
1937          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
1938          * and then for the page table entry index in the pvp for
1939          * fall-through.
1940          */
1941         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
1942                 /*
1943                  * pv is PT, pvp is PD
1944                  */
1945                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
1946                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
1947                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1948                 if (!isnew)
1949                         goto notnew;
1950
1951                 /*
1952                  * PT index in PD
1953                  */
1954                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
1955                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
1956                 ispt = 1;
1957         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
1958                 /*
1959                  * pv is PD, pvp is PDP
1960                  *
1961                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
1962                  *                   the PD.
1963                  */
1964                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
1965                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
1966
1967                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
1968                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1969                         pvp = NULL;
1970                 } else {
1971                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1972                 }
1973                 if (!isnew)
1974                         goto notnew;
1975
1976                 /*
1977                  * PD index in PDP
1978                  */
1979                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
1980                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
1981         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
1982                 /*
1983                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
1984                  */
1985                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1986                 if (!isnew)
1987                         goto notnew;
1988
1989                 /*
1990                  * PDP index in PML4
1991                  */
1992                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
1993                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
1994         } else {
1995                 /*
1996                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
1997                  */
1998                 pvp = NULL;
1999                 if (!isnew)
2000                         goto notnew;
2001         }
2002
2003         /*
2004          * This code is only reached if isnew is TRUE and this is not a
2005          * terminal PV.  We need to allocate a vm_page for the page table
2006          * at this level and enter it into the parent page table.
2007          *
2008          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
2009          */
2010         for (;;) {
2011                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
2012                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
2013                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
2014                 if (m)
2015                         break;
2016                 vm_wait(0);
2017         }
2018         vm_page_spin_lock(m);
2019         pmap_page_stats_adding(m);
2020         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2021         pv->pv_m = m;
2022         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2023         vm_page_spin_unlock(m);
2024         vm_page_unmanage(m);    /* m must be spinunlocked */
2025
2026         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2027         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2028         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
2029
2030         /*
2031          * Wire the page into pvp, bump the wire-count for pvp's page table
2032          * page.  Bump the resident_count for the pmap.  There is no pvp
2033          * for the top level, address the pm_pml4[] array directly.
2034          *
2035          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
2036          * we just put it away.
2037          *
2038          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
2039          *
2040          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
2041          * page table page shared from another page table which we need to
2042          * unshare before installing our private page table page.
2043          */
2044         if (pvp) {
2045                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
2046                 if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
2047                         pt_entry_t pte;
2048
2049                         if (ispt == 0) {
2050                                 panic("pmap_allocpte: unexpected pte %p/%d",
2051                                       pvp, (int)ptepindex);
2052                         }
2053                         pte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, 1, ptep, 0);
2054                         if (vm_page_unwire_quick(
2055                                         PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME))) {
2056                                 panic("pmap_allocpte: shared pgtable "
2057                                       "pg bad wirecount");
2058                         }
2059                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
2060                 } else {
2061                         vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
2062                 }
2063                 *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
2064                     (pmap->pmap_bits[PG_U_IDX] |
2065                     pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2066                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2067                     pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
2068                     pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
2069         }
2070         vm_page_wakeup(m);
2071 notnew:
2072         if (pvpp)
2073                 *pvpp = pvp;
2074         else if (pvp)
2075                 pv_put(pvp);
2076         return (pv);
2077 }
2078
2079 /*
2080  * This version of pmap_allocpte() checks for possible segment optimizations
2081  * that would allow page-table sharing.  It can be called for terminal
2082  * page or page table page ptepindex's.
2083  *
2084  * The function is called with page table page ptepindex's for fictitious
2085  * and unmanaged terminal pages.  That is, we don't want to allocate a
2086  * terminal pv, we just want the pt_pv.  pvpp is usually passed as NULL
2087  * for this case.
2088  *
2089  * This function can return a pv and *pvpp associated with the passed in pmap
2090  * OR a pv and *pvpp associated with the shared pmap.  In the latter case
2091  * an unmanaged page table page will be entered into the pass in pmap.
2092  */
2093 static
2094 pv_entry_t
2095 pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp,
2096                   vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va)
2097 {
2098         vm_object_t object;
2099         pmap_t obpmap;
2100         pmap_t *obpmapp;
2101         vm_offset_t b;
2102         pv_entry_t pte_pv;      /* in original or shared pmap */
2103         pv_entry_t pt_pv;       /* in original or shared pmap */
2104         pv_entry_t proc_pd_pv;  /* in original pmap */
2105         pv_entry_t proc_pt_pv;  /* in original pmap */
2106         pv_entry_t xpv;         /* PT in shared pmap */
2107         pd_entry_t *pt;         /* PT entry in PD of original pmap */
2108         pd_entry_t opte;        /* contents of *pt */
2109         pd_entry_t npte;        /* contents of *pt */
2110         vm_page_t m;
2111
2112 retry:
2113         /*
2114          * Basic tests, require a non-NULL vm_map_entry, require proper
2115          * alignment and type for the vm_map_entry, require that the
2116          * underlying object already be allocated.
2117          *
2118          * We allow almost any type of object to use this optimization.
2119          * The object itself does NOT have to be sized to a multiple of the
2120          * segment size, but the memory mapping does.
2121          *
2122          * XXX don't handle devices currently, because VM_PAGE_TO_PHYS()
2123          *     won't work as expected.
2124          */
2125         if (entry == NULL ||
2126             pmap_mmu_optimize == 0 ||                   /* not enabled */
2127             (pmap->pm_flags & PMAP_HVM) ||              /* special pmap */
2128             ptepindex >= pmap_pd_pindex(0) ||           /* not terminal or pt */
2129             entry->inheritance != VM_INHERIT_SHARE ||   /* not shared */
2130             entry->maptype != VM_MAPTYPE_NORMAL ||      /* weird map type */
2131             entry->object.vm_object == NULL ||          /* needs VM object */
2132             entry->object.vm_object->type == OBJT_DEVICE ||     /* ick */
2133             entry->object.vm_object->type == OBJT_MGTDEVICE ||  /* ick */
2134             (entry->offset & SEG_MASK) ||               /* must be aligned */
2135             (entry->start & SEG_MASK)) {
2136                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
2137         }
2138
2139         /*
2140          * Make sure the full segment can be represented.
2141          */
2142         b = va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK;
2143         if (b < entry->start || b + SEG_SIZE > entry->end)
2144                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
2145
2146         /*
2147          * If the full segment can be represented dive the VM object's
2148          * shared pmap, allocating as required.
2149          */
2150         object = entry->object.vm_object;
2151
2152         if (entry->protection & VM_PROT_WRITE)
2153                 obpmapp = &object->md.pmap_rw;
2154         else
2155                 obpmapp = &object->md.pmap_ro;
2156
2157 #ifdef PMAP_DEBUG2
2158         if (pmap_enter_debug > 0) {
2159                 --pmap_enter_debug;
2160                 kprintf("pmap_allocpte_seg: va=%jx prot %08x o=%p "
2161                         "obpmapp %p %p\n",
2162                         va, entry->protection, object,
2163                         obpmapp, *obpmapp);
2164                 kprintf("pmap_allocpte_seg: entry %p %jx-%jx\n",
2165                         entry, entry->start, entry->end);
2166         }
2167 #endif
2168
2169         /*
2170          * We allocate what appears to be a normal pmap but because portions
2171          * of this pmap are shared with other unrelated pmaps we have to
2172          * set pm_active to point to all cpus.
2173          *
2174          * XXX Currently using pmap_spin to interlock the update, can't use
2175          *     vm_object_hold/drop because the token might already be held
2176          *     shared OR exclusive and we don't know.
2177          */
2178         while ((obpmap = *obpmapp) == NULL) {
2179                 obpmap = kmalloc(sizeof(*obpmap), M_OBJPMAP, M_WAITOK|M_ZERO);
2180                 pmap_pinit_simple(obpmap);
2181                 pmap_pinit2(obpmap);
2182                 spin_lock(&pmap_spin);
2183                 if (*obpmapp != NULL) {
2184                         /*
2185                          * Handle race
2186                          */
2187                         spin_unlock(&pmap_spin);
2188                         pmap_release(obpmap);
2189                         pmap_puninit(obpmap);
2190                         kfree(obpmap, M_OBJPMAP);
2191                         obpmap = *obpmapp; /* safety */
2192                 } else {
2193                         obpmap->pm_active = smp_active_mask;
2194                         obpmap->pm_flags |= PMAP_SEGSHARED;
2195                         *obpmapp = obpmap;
2196                         spin_unlock(&pmap_spin);
2197                 }
2198         }
2199
2200         /*
2201          * Layering is: PTE, PT, PD, PDP, PML4.  We have to return the
2202          * pte/pt using the shared pmap from the object but also adjust
2203          * the process pmap's page table page as a side effect.
2204          */
2205
2206         /*
2207          * Resolve the terminal PTE and PT in the shared pmap.  This is what
2208          * we will return.  This is true if ptepindex represents a terminal
2209          * page, otherwise pte_pv is actually the PT and pt_pv is actually
2210          * the PD.
2211          */
2212         pt_pv = NULL;
2213         pte_pv = pmap_allocpte(obpmap, ptepindex, &pt_pv);
2214         if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0))
2215                 xpv = pte_pv;
2216         else
2217                 xpv = pt_pv;
2218
2219         /*
2220          * Resolve the PD in the process pmap so we can properly share the
2221          * page table page.  Lock order is bottom-up (leaf first)!
2222          *
2223          * NOTE: proc_pt_pv can be NULL.
2224          */
2225         proc_pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(b));
2226         proc_pd_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pd_pindex(b), NULL);
2227 #ifdef PMAP_DEBUG2
2228         if (pmap_enter_debug > 0) {
2229                 --pmap_enter_debug;
2230                 kprintf("proc_pt_pv %p (wc %d) pd_pv %p va=%jx\n",
2231                         proc_pt_pv,
2232                         (proc_pt_pv ? proc_pt_pv->pv_m->wire_count : -1),
2233                         proc_pd_pv,
2234                         va);
2235         }
2236 #endif
2237
2238         /*
2239          * xpv is the page table page pv from the shared object
2240          * (for convenience), from above.
2241          *
2242          * Calculate the pte value for the PT to load into the process PD.
2243          * If we have to change it we must properly dispose of the previous
2244          * entry.
2245          */
2246         pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
2247         npte = VM_PAGE_TO_PHYS(xpv->pv_m) |
2248             (pmap->pmap_bits[PG_U_IDX] |
2249             pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2250             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] |
2251             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] |
2252             pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
2253
2254         /*
2255          * Dispose of previous page table page if it was local to the
2256          * process pmap.  If the old pt is not empty we cannot dispose of it
2257          * until we clean it out.  This case should not arise very often so
2258          * it is not optimized.
2259          */
2260         if (proc_pt_pv) {
2261                 pmap_inval_bulk_t bulk;
2262
2263                 if (proc_pt_pv->pv_m->wire_count != 1) {
2264                         pv_put(proc_pd_pv);
2265                         pv_put(proc_pt_pv);
2266                         pv_put(pt_pv);
2267                         pv_put(pte_pv);
2268                         pmap_remove(pmap,
2269                                     va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK,
2270                                     (va + SEG_SIZE) & ~(vm_offset_t)SEG_MASK);
2271                         goto retry;
2272                 }
2273
2274                 /*
2275                  * The release call will indirectly clean out *pt
2276                  */
2277                 pmap_inval_bulk_init(&bulk, proc_pt_pv->pv_pmap);
2278                 pmap_release_pv(proc_pt_pv, proc_pd_pv, &bulk);
2279                 pmap_inval_bulk_flush(&bulk);
2280                 proc_pt_pv = NULL;
2281                 /* relookup */
2282                 pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
2283         }
2284
2285         /*
2286          * Handle remaining cases.
2287          */
2288         if (*pt == 0) {
2289                 *pt = npte;
2290                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);
2291                 vm_page_wire_quick(proc_pd_pv->pv_m);
2292                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2293         } else if (*pt != npte) {
2294                 opte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, 1, pt, npte);
2295
2296 #if 0
2297                 opte = pte_load_clear(pt);
2298                 KKASSERT(opte && opte != npte);
2299
2300                 *pt = npte;
2301 #endif
2302                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);  /* pgtable pg that is npte */
2303
2304                 /*
2305                  * Clean up opte, bump the wire_count for the process
2306                  * PD page representing the new entry if it was
2307                  * previously empty.
2308                  *
2309                  * If the entry was not previously empty and we have
2310                  * a PT in the proc pmap then opte must match that
2311                  * pt.  The proc pt must be retired (this is done
2312                  * later on in this procedure).
2313                  *
2314                  * NOTE: replacing valid pte, wire_count on proc_pd_pv
2315                  * stays the same.
2316                  */
2317                 KKASSERT(opte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]);
2318                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(opte & PG_FRAME);
2319                 if (vm_page_unwire_quick(m)) {
2320                         panic("pmap_allocpte_seg: "
2321                               "bad wire count %p",
2322                               m);
2323                 }
2324         }
2325
2326         /*
2327          * The existing process page table was replaced and must be destroyed
2328          * here.
2329          */
2330         if (proc_pd_pv)
2331                 pv_put(proc_pd_pv);
2332         if (pvpp)
2333                 *pvpp = pt_pv;
2334         else
2335                 pv_put(pt_pv);
2336
2337         return (pte_pv);
2338 }
2339
2340 /*
2341  * Release any resources held by the given physical map.
2342  *
2343  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
2344  * only be called if the map contains no valid mappings.
2345  *
2346  * Caller must hold pmap->pm_token
2347  */
2348 struct pmap_release_info {
2349         pmap_t  pmap;
2350         int     retry;
2351 };
2352
2353 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2354
2355 void
2356 pmap_release(struct pmap *pmap)
2357 {
2358         struct pmap_release_info info;
2359
2360         KASSERT(CPUMASK_TESTZERO(pmap->pm_active),
2361                 ("pmap still active! %016jx",
2362                 (uintmax_t)CPUMASK_LOWMASK(pmap->pm_active)));
2363
2364         spin_lock(&pmap_spin);
2365         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
2366         spin_unlock(&pmap_spin);
2367
2368         /*
2369          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2370          * each page.
2371          */
2372         info.pmap = pmap;
2373         do {
2374                 info.retry = 0;
2375                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2376                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2377                         pmap_release_callback, &info);
2378                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2379         } while (info.retry);
2380
2381
2382         /*
2383          * One resident page (the pml4 page) should remain.
2384          * No wired pages should remain.
2385          */
2386         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count ==
2387                  ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) ? 0 : 1));
2388
2389         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2390 }
2391
2392 static int
2393 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2394 {
2395         struct pmap_release_info *info = data;
2396         pmap_t pmap = info->pmap;
2397         int r;
2398
2399         if (pv_hold_try(pv)) {
2400                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2401         } else {
2402                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2403                 pv_lock(pv);
2404         }
2405         if (pv->pv_pmap != pmap) {
2406                 pv_put(pv);
2407                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2408                 info->retry = 1;
2409                 return(-1);
2410         }
2411         r = pmap_release_pv(pv, NULL, NULL);
2412         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2413         return(r);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
2418  * the lock along with the pv.
2419  *
2420  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
2421  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
2422  * pass NULL for pvp.
2423  */
2424 static int
2425 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk)
2426 {
2427         vm_page_t p;
2428
2429         /*
2430          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
2431          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
2432          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
2433          *
2434          * This will clean out the pte at any level of the page table.
2435          * If smp != 0 all cpus are affected.
2436          */
2437         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, bulk);
2438
2439         /*
2440          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
2441          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
2442          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
2443          */
2444         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2445                 pmap_remove_pv_page(pv);
2446                 goto skip;
2447         }
2448
2449         /*
2450          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
2451          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
2452          * gets called.
2453          *
2454          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
2455          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
2456          */
2457         if (pv->pv_pindex == pmap_pml4_pindex()) {
2458                 pv_put(pv);
2459                 return(-1);
2460         }
2461
2462         /*
2463          * For page table pages (other than the top-level page),
2464          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
2465          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
2466          * last wire_count so we have to do that as well.
2467          */
2468         p = pmap_remove_pv_page(pv);
2469         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
2470         if (p->wire_count != 1) {
2471                 kprintf("p->wire_count was %016lx %d\n",
2472                         pv->pv_pindex, p->wire_count);
2473         }
2474         KKASSERT(p->wire_count == 1);
2475         KKASSERT(p->flags & PG_UNMANAGED);
2476
2477         vm_page_unwire(p, 0);
2478         KKASSERT(p->wire_count == 0);
2479
2480         vm_page_free(p);
2481 skip:
2482         pv_free(pv);
2483         return 0;
2484 }
2485
2486 /*
2487  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
2488  * Terminal pv's are supported.  All cpus are affected if smp != 0.
2489  *
2490  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
2491  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
2492  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
2493  * wire counts while page table pages will have at least one representing
2494  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
2495  *
2496  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
2497  *       pages and user page table and terminal pages.
2498  *
2499  * The pv must be locked.
2500  *
2501  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
2502  */
2503 static
2504 void
2505 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, pmap_inval_bulk_t *bulk)
2506 {
2507         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
2508         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
2509         vm_page_t p;
2510         int gotpvp = 0;
2511
2512         KKASSERT(pmap);
2513
2514         if (ptepindex == pmap_pml4_pindex()) {
2515                 /*
2516                  * We are the top level pml4 table, there is no parent.
2517                  */
2518                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
2519         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
2520                 /*
2521                  * Remove a PDP page from the pml4e.  This can only occur
2522                  * with user page tables.  We do not have to lock the
2523                  * pml4 PV so just ignore pvp.
2524                  */
2525                 vm_pindex_t pml4_pindex;
2526                 vm_pindex_t pdp_index;
2527                 pml4_entry_t *pdp;
2528
2529                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
2530                 if (pvp == NULL) {
2531                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
2532                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex);
2533                         KKASSERT(pvp);
2534                         gotpvp = 1;
2535                 }
2536                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
2537                 KKASSERT((*pdp & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
2538                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2539                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pdp, 0);
2540         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
2541                 /*
2542                  * Remove a PD page from the pdp
2543                  *
2544                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
2545                  *                   of a simple pmap because it stops at
2546                  *                   the PD page.
2547                  */
2548                 vm_pindex_t pdp_pindex;
2549                 vm_pindex_t pd_index;
2550                 pdp_entry_t *pd;
2551
2552                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
2553
2554                 if (pvp == NULL) {
2555                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
2556                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
2557                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex);
2558                         if (pvp)
2559                                 gotpvp = 1;
2560                 }
2561                 if (pvp) {
2562                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
2563                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2564                         KKASSERT((*pd & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
2565                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2566                         pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pd, 0);
2567                 } else {
2568                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
2569                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
2570                 }
2571         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
2572                 /*
2573                  *  Remove a PT page from the pd
2574                  */
2575                 vm_pindex_t pd_pindex;
2576                 vm_pindex_t pt_index;
2577                 pd_entry_t *pt;
2578
2579                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
2580
2581                 if (pvp == NULL) {
2582                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
2583                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
2584                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex);
2585                         KKASSERT(pvp);
2586                         gotpvp = 1;
2587                 }
2588                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2589                 KKASSERT((*pt & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0);
2590                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
2591                 pmap_inval_bulk(bulk, (vm_offset_t)-1, pt, 0);
2592         } else {
2593                 /*
2594                  * Remove a PTE from the PT page
2595                  *
2596                  * NOTE: pv's must be locked bottom-up to avoid deadlocking.
2597                  *       pv is a pte_pv so we can safely lock pt_pv.
2598                  *
2599                  * NOTE: FICTITIOUS pages may have multiple physical mappings
2600                  *       so PHYS_TO_VM_PAGE() will not necessarily work for
2601                  *       terminal ptes.
2602                  */
2603                 vm_pindex_t pt_pindex;
2604                 pt_entry_t *ptep;
2605                 pt_entry_t pte;
2606                 vm_offset_t va;
2607
2608                 pt_pindex = ptepindex >> NPTEPGSHIFT;
2609                 va = (vm_offset_t)ptepindex << PAGE_SHIFT;
2610
2611                 if (ptepindex >= NUPTE_USER) {
2612                         ptep = vtopte(ptepindex << PAGE_SHIFT);
2613                         KKASSERT(pvp == NULL);
2614                 } else {
2615                         if (pvp == NULL) {
2616                                 pt_pindex = NUPTE_TOTAL +
2617                                             (ptepindex >> NPDPEPGSHIFT);
2618                                 pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pt_pindex);
2619                                 KKASSERT(pvp);
2620                                 gotpvp = 1;
2621                         }
2622                         ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex &
2623                                                   ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2624                 }
2625                 pte = pmap_inval_bulk(bulk, va, ptep, 0);
2626                 if (bulk == NULL)               /* XXX */
2627                         cpu_invlpg((void *)va); /* XXX */
2628
2629                 /*
2630                  * Now update the vm_page_t
2631                  */
2632                 if ((pte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) !=
2633                     (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]|pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) {
2634                         kprintf("remove_pte badpte %016lx %016lx %d\n",
2635                                 pte, pv->pv_pindex,
2636                                 pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0));
2637                 }
2638                 /* PHYS_TO_VM_PAGE() will not work for FICTITIOUS pages */
2639                 /*KKASSERT((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|PG_V));*/
2640                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX])
2641                         p = pv->pv_m;
2642                 else
2643                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2644                 /* p = pv->pv_m; */
2645
2646                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) {
2647                         if (pmap_track_modified(ptepindex))
2648                                 vm_page_dirty(p);
2649                 }
2650                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
2651                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
2652                 }
2653                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
2654                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
2655                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_G_IDX])
2656                         cpu_invlpg((void *)va);
2657         }
2658
2659         /*
2660          * Unwire the parent page table page.  The wire_count cannot go below
2661          * 1 here because the parent page table page is itself still mapped.
2662          *
2663          * XXX remove the assertions later.
2664          */
2665         KKASSERT(pv->pv_m == p);
2666         if (pvp && vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
2667                 panic("pmap_remove_pv_pte: Insufficient wire_count");
2668
2669         if (gotpvp)
2670                 pv_put(pvp);
2671 }
2672
2673 /*
2674  * Remove the vm_page association to a pv.  The pv must be locked.
2675  */
2676 static
2677 vm_page_t
2678 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv)
2679 {
2680         vm_page_t m;
2681
2682         m = pv->pv_m;
2683         KKASSERT(m);
2684         vm_page_spin_lock(m);
2685         pv->pv_m = NULL;
2686         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2687         pmap_page_stats_deleting(m);
2688         /*
2689         if (m->object)
2690                 atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, -1);
2691         */
2692         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2693                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2694         vm_page_spin_unlock(m);
2695         return(m);
2696 }
2697
2698 /*
2699  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
2700  *
2701  * This routine is always called to validate any address space
2702  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
2703  * space below KERNBASE.
2704  */
2705 void
2706 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
2707 {
2708         vm_paddr_t paddr;
2709         vm_offset_t ptppaddr;
2710         vm_page_t nkpg;
2711         pd_entry_t *pt, newpt;
2712         pdp_entry_t newpd;
2713         int update_kernel_vm_end;
2714
2715         /*
2716          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
2717          */
2718         if (kernel_vm_end == 0) {
2719                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2720                 nkpt = 0;
2721                 while ((*pmap_pt(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
2722                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2723                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2724                         nkpt++;
2725                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2726                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
2727                                 break;
2728                         }
2729                 }
2730         }
2731
2732         /*
2733          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
2734          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
2735          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
2736          */
2737         if (kstart < KERNBASE) {
2738                 if (kstart > kernel_vm_end)
2739                         kstart = kernel_vm_end;
2740                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
2741                 update_kernel_vm_end = 1;
2742         } else {
2743                 update_kernel_vm_end = 0;
2744         }
2745
2746         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2747         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2748
2749         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
2750                 kend = kernel_map.max_offset;
2751
2752         while (kstart < kend) {
2753                 pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kstart);
2754                 if (pt == NULL) {
2755                         /* We need a new PDP entry */
2756                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2757                                              VM_ALLOC_NORMAL |
2758                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
2759                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
2760                         if (nkpg == NULL) {
2761                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
2762                                       "kernel");
2763                         }
2764                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2765                         pmap_zero_page(paddr);
2766                         newpd = (pdp_entry_t)
2767                             (paddr |
2768                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
2769                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2770                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX] |
2771                             kernel_pmap.pmap_bits[PG_M_IDX]);
2772                         *pmap_pd(&kernel_pmap, kstart) = newpd;
2773                         nkpt++;
2774                         continue; /* try again */
2775                 }
2776                 if ((*pt & kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX]) != 0) {
2777                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2778                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2779                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2780                                 kstart = kernel_map.max_offset;
2781                                 break;
2782                         }
2783                         continue;
2784                 }
2785
2786                 /*
2787                  * This index is bogus, but out of the way
2788                  */
2789                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2790                                      VM_ALLOC_NORMAL |
2791                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
2792                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
2793                 if (nkpg == NULL)
2794                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2795
2796                 vm_page_wire(nkpg);
2797                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2798                 pmap_zero_page(ptppaddr);
2799                 newpt = (pd_entry_t) (ptppaddr |
2800                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] |
2801                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
2802                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_A_IDX] |
2803                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_M_IDX]);
2804                 *pmap_pt(&kernel_pmap, kstart) = newpt;
2805                 nkpt++;
2806
2807                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2808                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2809
2810                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2811                         kstart = kernel_map.max_offset;
2812                         break;
2813                 }
2814         }
2815
2816         /*
2817          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
2818          */
2819         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
2820                 kernel_vm_end = kstart;
2821 }
2822
2823 /*
2824  *      Add a reference to the specified pmap.
2825  */
2826 void
2827 pmap_reference(pmap_t pmap)
2828 {
2829         if (pmap != NULL) {
2830                 lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2831                 ++pmap->pm_count;
2832                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2833         }
2834 }
2835
2836 /***************************************************
2837  * page management routines.
2838  ***************************************************/
2839
2840 /*
2841  * Hold a pv without locking it
2842  */
2843 static void
2844 pv_hold(pv_entry_t pv)
2845 {
2846         atomic_add_int(&pv->pv_hold, 1);
2847 }
2848
2849 /*
2850  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
2851  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
2852  * the pv properly.
2853  *
2854  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
2855  * pv list via its page) must be held by the caller.
2856  */
2857 static int
2858 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2859 {
2860         u_int count;
2861
2862         /*
2863          * Critical path shortcut expects pv to already have one ref
2864          * (for the pv->pv_pmap).
2865          */
2866         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 1, PV_HOLD_LOCKED | 2)) {
2867 #ifdef PMAP_DEBUG
2868                 pv->pv_func = func;
2869                 pv->pv_line = lineno;
2870 #endif
2871                 return TRUE;
2872         }
2873
2874         for (;;) {
2875                 count = pv->pv_hold;
2876                 cpu_ccfence();
2877                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2878                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2879                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
2880 #ifdef PMAP_DEBUG
2881                                 pv->pv_func = func;
2882                                 pv->pv_line = lineno;
2883 #endif
2884                                 return TRUE;
2885                         }
2886                 } else {
2887                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2888                                 return FALSE;
2889                 }
2890                 /* retry */
2891         }
2892 }
2893
2894 /*
2895  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
2896  * destruction.
2897  *
2898  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
2899  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
2900  */
2901 static void
2902 pv_drop(pv_entry_t pv)
2903 {
2904         u_int count;
2905
2906         for (;;) {
2907                 count = pv->pv_hold;
2908                 cpu_ccfence();
2909                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
2910                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
2911                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2912                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
2913                         if ((count & PV_HOLD_MASK) == 1) {
2914 #ifdef PMAP_DEBUG2
2915                                 if (pmap_enter_debug > 0) {
2916                                         --pmap_enter_debug;
2917                                         kprintf("pv_drop: free pv %p\n", pv);
2918                                 }
2919 #endif
2920                                 KKASSERT(count == 1);
2921                                 KKASSERT(pv->pv_pmap == NULL);
2922                                 zfree(pvzone, pv);
2923                         }
2924                         return;
2925                 }
2926                 /* retry */
2927         }
2928 }
2929
2930 /*
2931  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked, held pv.
2932  *
2933  * If (*isnew) is non-zero, the returned pv will have two hold counts, one
2934  * for the caller and one representing the pmap and vm_page association.
2935  *
2936  * If (*isnew) is zero, the returned pv will have only one hold count.
2937  *
2938  * Since both associations can only be adjusted while the pv is locked,
2939  * together they represent just one additional hold.
2940  */
2941 static
2942 pv_entry_t
2943 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
2944 {
2945         pv_entry_t pv;
2946         pv_entry_t pnew = NULL;
2947
2948         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2949         for (;;) {
2950                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2951                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2952                                                         pindex);
2953                 }
2954                 if (pv == NULL) {
2955                         if (pnew == NULL) {
2956                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2957                                 pnew = zalloc(pvzone);
2958                                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2959                                 continue;
2960                         }
2961                         pnew->pv_pmap = pmap;
2962                         pnew->pv_pindex = pindex;
2963                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 2;
2964 #ifdef PMAP_DEBUG
2965                         pnew->pv_func = func;
2966                         pnew->pv_line = lineno;
2967 #endif
2968                         pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
2969                         ++pmap->pm_generation;
2970                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2971                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2972                         *isnew = 1;
2973                         return(pnew);
2974                 }
2975                 if (pnew) {
2976                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2977                         zfree(pvzone, pnew);
2978                         pnew = NULL;
2979                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2980                         continue;
2981                 }
2982                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2983                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2984                 } else {
2985                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2986                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2987                 }
2988                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
2989                         *isnew = 0;
2990                         return(pv);
2991                 }
2992                 pv_put(pv);
2993                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2994         }
2995 }
2996
2997 /*
2998  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
2999  */
3000 static
3001 pv_entry_t
3002 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex PMAP_DEBUG_DECL)
3003 {
3004         pv_entry_t pv;
3005
3006         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3007         for (;;) {
3008                 /*
3009                  * Shortcut cache
3010                  */
3011                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
3012                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
3013                                                         pindex);
3014                 }
3015                 if (pv == NULL) {
3016                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3017                         return NULL;
3018                 }
3019                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
3020                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3021                 } else {
3022                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3023                         _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
3024                 }
3025                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
3026                         pv_cache(pv, pindex);
3027                         return(pv);
3028                 }
3029                 pv_put(pv);
3030                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3031         }
3032 }
3033
3034 /*
3035  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
3036  *
3037  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
3038  *
3039  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
3040  * errorp is set to 0.
3041  *
3042  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
3043  * held and *errorp is set to 1.
3044  */
3045 static
3046 pv_entry_t
3047 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp)
3048 {
3049         pv_entry_t pv;
3050
3051         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3052         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
3053                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
3054         if (pv == NULL) {
3055                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3056                 *errorp = 0;
3057                 return NULL;
3058         }
3059         if (pv_hold_try(pv)) {
3060                 pv_cache(pv, pindex);
3061                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3062                 *errorp = 0;
3063                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex);
3064                 return(pv);     /* lock succeeded */
3065         }
3066         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3067         *errorp = 1;
3068         return (pv);            /* lock failed */
3069 }
3070
3071 /*
3072  * Find the requested PV entry, returning a held pv or NULL
3073  */
3074 static
3075 pv_entry_t
3076 pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
3077 {
3078         pv_entry_t pv;
3079
3080         spin_lock_shared(&pmap->pm_spin);
3081
3082         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
3083                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
3084         if (pv == NULL) {
3085                 spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3086                 return NULL;
3087         }
3088         pv_hold(pv);
3089         pv_cache(pv, pindex);
3090         spin_unlock_shared(&pmap->pm_spin);
3091         return(pv);
3092 }
3093
3094 /*
3095  * Lock a held pv, keeping the hold count
3096  */
3097 static
3098 void
3099 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
3100 {
3101         u_int count;
3102
3103         for (;;) {
3104                 count = pv->pv_hold;
3105                 cpu_ccfence();
3106                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
3107                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3108                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
3109 #ifdef PMAP_DEBUG
3110                                 pv->pv_func = func;
3111                                 pv->pv_line = lineno;
3112 #endif
3113                                 return;
3114                         }
3115                         continue;
3116                 }
3117                 tsleep_interlock(pv, 0);
3118                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3119                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
3120 #ifdef PMAP_DEBUG
3121                         kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
3122                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
3123 #endif
3124                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
3125                 }
3126                 /* retry */
3127         }
3128 }
3129
3130 /*
3131  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
3132  */
3133 static
3134 void
3135 pv_unlock(pv_entry_t pv)
3136 {
3137         u_int count;
3138
3139         for (;;) {
3140                 count = pv->pv_hold;
3141                 cpu_ccfence();
3142                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) >=
3143                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
3144                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
3145                                       count &
3146                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
3147                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
3148                                 wakeup(pv);
3149                         break;
3150                 }
3151         }
3152 }
3153
3154 /*
3155  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
3156  * and the hold count drops to zero we will free it.
3157  *
3158  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
3159  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
3160  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
3161  */
3162 static
3163 void
3164 pv_put(pv_entry_t pv)
3165 {
3166 #ifdef PMAP_DEBUG2
3167         if (pmap_enter_debug > 0) {
3168                 --pmap_enter_debug;
3169                 kprintf("pv_put pv=%p hold=%08x\n", pv, pv->pv_hold);
3170         }
3171 #endif
3172
3173         /*
3174          * Fast - shortcut most common condition
3175          */
3176         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 1))
3177                 return;
3178
3179         /*
3180          * Slow
3181          */
3182         pv_unlock(pv);
3183         pv_drop(pv);
3184 }
3185
3186 /*
3187  * Remove the pmap association from a pv, require that pv_m already be removed,
3188  * then unlock and drop the pv.  Any pte operations must have already been
3189  * completed.  This call may result in a last-drop which will physically free
3190  * the pv.
3191  *
3192  * Removing the pmap association entails an additional drop.
3193  *
3194  * pv must be exclusively locked on call and will be disposed of on return.
3195  */
3196 static
3197 void
3198 pv_free(pv_entry_t pv)
3199 {
3200         pmap_t pmap;
3201
3202         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
3203         KKASSERT((pv->pv_hold & PV_HOLD_MASK) >= 2);
3204         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
3205                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3206                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
3207                 ++pmap->pm_generation;
3208                 if (pmap->pm_pvhint == pv)
3209                         pmap->pm_pvhint = NULL;
3210                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3211                 pv->pv_pmap = NULL;
3212                 pv->pv_pindex = 0;
3213                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3214
3215                 /*
3216                  * Try to shortcut three atomic ops, otherwise fall through
3217                  * and do it normally.  Drop two refs and the lock all in
3218                  * one go.
3219                  */
3220                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 2, 0)) {
3221 #ifdef PMAP_DEBUG2
3222                         if (pmap_enter_debug > 0) {
3223                                 --pmap_enter_debug;
3224                                 kprintf("pv_free: free pv %p\n", pv);
3225                         }
3226 #endif
3227                         zfree(pvzone, pv);
3228                         return;
3229                 }
3230                 pv_drop(pv);    /* ref for pv_pmap */
3231         }
3232         pv_put(pv);
3233 }
3234
3235 /*
3236  * This routine is very drastic, but can save the system
3237  * in a pinch.
3238  */
3239 void
3240 pmap_collect(void)
3241 {
3242         int i;
3243         vm_page_t m;
3244         static int warningdone=0;
3245
3246         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
3247                 return;
3248         pmap_pagedaemon_waken = 0;
3249         if (warningdone < 5) {
3250                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- "
3251                         "suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
3252                 warningdone++;
3253         }
3254
3255         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
3256                 m = &vm_page_array[i];
3257                 if (m->wire_count || m->hold_count)
3258                         continue;
3259                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
3260                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
3261                                 pmap_remove_all(m);
3262                         }
3263                         vm_page_wakeup(m);
3264                 }
3265         }
3266 }
3267
3268 /*
3269  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
3270  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
3271  * its parent page table.
3272  *
3273  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
3274  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
3275  *
3276  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
3277  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
3278  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
3279  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
3280  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
3281  *
3282  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
3283  *
3284  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
3285  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
3286  */
3287 struct pmap_scan_info {
3288         struct pmap *pmap;
3289         vm_offset_t sva;
3290         vm_offset_t eva;
3291         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
3292         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
3293         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
3294                      pv_entry_t, pv_entry_t, int, vm_offset_t,
3295                      pt_entry_t *, void *);
3296         void *arg;
3297         pmap_inval_bulk_t bulk_core;
3298         pmap_inval_bulk_t *bulk;
3299         int count;
3300 };
3301
3302 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
3303 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
3304
3305 static void
3306 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info, int smp_inval)
3307 {
3308         struct pmap *pmap = info->pmap;
3309         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
3310         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
3311         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
3312         pt_entry_t *ptep;
3313         pt_entry_t oldpte;
3314         struct pv_entry dummy_pv;
3315         int generation;
3316
3317         if (pmap == NULL)
3318                 return;
3319         if (smp_inval) {
3320                 info->bulk = &info->bulk_core;
3321                 pmap_inval_bulk_init(&info->bulk_core, pmap);
3322         } else {
3323                 info->bulk = NULL;
3324         }
3325
3326         /*
3327          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
3328          * to do.
3329          */
3330         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
3331 #if 0
3332         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
3333                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3334                 return;
3335         }
3336 #endif
3337
3338         info->count = 0;
3339
3340 again:
3341         /*
3342          * Special handling for scanning one page, which is a very common
3343          * operation (it is?).
3344          *
3345          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
3346          */
3347         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
3348                 generation = pmap->pm_generation;
3349                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3350                         /*
3351                          * Kernel mappings do not track wire counts on
3352                          * page table pages and only maintain pd_pv and
3353                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
3354                          */
3355                         pt_pv = NULL;
3356                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
3357                         ptep = vtopte(info->sva);
3358                 } else {
3359                         /*
3360                          * User pages which are unmanaged will not have a
3361                          * pte_pv.  User page table pages which are unmanaged
3362                          * (shared from elsewhere) will also not have a pt_pv.
3363                          * The func() callback will pass both pte_pv and pt_pv
3364                          * as NULL in that case.
3365                          */
3366                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
3367                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva));
3368                         if (pt_pv == NULL) {
3369                                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
3370                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(info->sva));
3371                                 if (pd_pv) {
3372                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
3373                                                     pmap_pt_index(info->sva));
3374                                         if (*ptep) {
3375                                                 info->func(pmap, info,
3376                                                      NULL, pd_pv, 1,
3377                                                      info->sva, ptep,
3378                                                      info->arg);
3379                                         }
3380                                         pv_put(pd_pv);
3381                                 }
3382                                 goto fast_skip;
3383                         }
3384                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
3385                 }
3386
3387                 /*
3388                  * NOTE: *ptep can't be ripped out from under us if we hold
3389                  *       pte_pv locked, but bits can change.  However, there is
3390                  *       a race where another thread may be inserting pte_pv
3391                  *       and setting *ptep just after our pte_pv lookup fails.
3392                  *
3393                  *       In this situation we can end up with a NULL pte_pv
3394                  *       but find that we have a managed *ptep.  We explicitly
3395                  *       check for this race.
3396                  */
3397                 oldpte = *ptep;
3398                 cpu_ccfence();
3399                 if (oldpte == 0) {
3400                         /*
3401                          * Unlike the pv_find() case below we actually
3402                          * acquired a locked pv in this case so any
3403                          * race should have been resolved.  It is expected
3404                          * to not exist.
3405                          */
3406                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
3407                 } else if (pte_pv) {
3408                         KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] |
3409                                            pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3410                                 (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] |
3411                                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
3412                             ("badA *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv %p"
3413                              "generation %d/%d",
3414                             *ptep, oldpte, info->sva, pte_pv,
3415                             generation, pmap->pm_generation));
3416                         info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3417                                    info->sva, ptep, info->arg);
3418                 } else {
3419                         /*
3420                          * Check for insertion race
3421                          */
3422                         if ((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) &&
3423                             pt_pv) {
3424                                 pte_pv = pv_find(pmap,
3425                                                  pmap_pte_pindex(info->sva));
3426                                 if (pte_pv) {
3427                                         pv_drop(pte_pv);
3428                                         pv_put(pt_pv);
3429                                         kprintf("pmap_scan: RACE1 "
3430                                                 "%016jx, %016lx\n",
3431                                                 info->sva, oldpte);
3432                                         goto again;
3433                                 }
3434                         }
3435
3436                         /*
3437                          * Didn't race
3438                          */
3439                         KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] |
3440                                            pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3441                             pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
3442                             ("badB *ptep %016lx/%016lx sva %016lx pte_pv NULL"
3443                              "generation %d/%d",
3444                             *ptep, oldpte, info->sva,
3445                             generation, pmap->pm_generation));
3446                         info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3447                             info->sva, ptep, info->arg);
3448                 }
3449                 if (pt_pv)
3450                         pv_put(pt_pv);
3451 fast_skip:
3452                 pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
3453                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3454                 return;
3455         }
3456
3457         /*
3458          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
3459          * there.
3460          */
3461         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
3462         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva + NBPDP - 1);
3463
3464         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3465                 /*
3466                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
3467                  * higher-level page tables.
3468                  */
3469                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
3470                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
3471                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3472                 while (dummy_pv.pv_pindex < info->eva_pd_pindex) {
3473                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
3474                         ++dummy_pv.pv_pindex;
3475                 }
3476                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3477         } else {
3478                 /*
3479                  * User page tables maintain local PML4, PDP, and PD
3480                  * pv_entry's at the very least.  PT pv's might be
3481                  * unmanaged and thus not exist.  PTE pv's might be
3482                  * unmanaged and thus not exist.
3483                  */
3484                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3485                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot,
3486                         pmap_scan_cmp, pmap_scan_callback, info);
3487                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3488         }
3489         pmap_inval_bulk_flush(info->bulk);
3490         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3491 }
3492
3493 /*
3494  * WARNING! pmap->pm_spin held
3495  */
3496 static int
3497 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
3498 {
3499         struct pmap_scan_info *info = data;
3500         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
3501                 return(-1);
3502         if (pv->pv_pindex >= info->eva_pd_pindex)
3503                 return(1);
3504         return(0);
3505 }
3506
3507 /*
3508  * WARNING! pmap->pm_spin held
3509  */
3510 static int
3511 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
3512 {
3513         struct pmap_scan_info *info = data;
3514         struct pmap *pmap = info->pmap;
3515         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
3516         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
3517         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
3518         pt_entry_t *ptep;
3519         pt_entry_t oldpte;
3520         vm_offset_t sva;
3521         vm_offset_t eva;
3522         vm_offset_t va_next;
3523         vm_pindex_t pd_pindex;
3524         int error;
3525         int generation;
3526
3527         /*
3528          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
3529          *
3530          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
3531          */
3532         pd_pindex = pv->pv_pindex;
3533         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3534         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
3535
3536         /*
3537          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
3538          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
3539          * reflect the user and kernel address space which requires
3540          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
3541          * into addresses.
3542          */
3543         sva = (pd_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) << PDPSHIFT;
3544         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
3545             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
3546                 sva |= PML4_SIGNMASK;
3547         }
3548         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
3549         if (sva < info->sva)
3550                 sva = info->sva;
3551         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
3552                 eva = info->eva;
3553
3554         /*
3555          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
3556          *       terminal pages.
3557          *
3558          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
3559          *       However, for the scan to be efficient we try to
3560          *       cache items top-down.
3561          */
3562         pd_pv = NULL;
3563         pt_pv = NULL;
3564
3565         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3566                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3567                         if (pt_pv) {
3568                                 pv_put(pt_pv);
3569                                 pt_pv = NULL;
3570                         }
3571                         goto kernel_skip;
3572                 }
3573
3574                 /*
3575                  * PD cache (degenerate case if we skip).  It is possible
3576                  * for the PD to not exist due to races.  This is ok.
3577                  */
3578                 if (pd_pv == NULL) {
3579                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3580                 } else if (pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
3581                         pv_put(pd_pv);
3582                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3583                 }
3584                 if (pd_pv == NULL) {
3585                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3586                         if (va_next < sva)
3587                                 va_next = eva;
3588                         continue;
3589                 }
3590
3591                 /*
3592                  * PT cache
3593                  */
3594                 if (pt_pv == NULL) {
3595                         if (pd_pv) {
3596                                 pv_put(pd_pv);
3597                                 pd_pv = NULL;
3598                         }
3599                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3600                 } else if (pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva)) {
3601                         if (pd_pv) {
3602                                 pv_put(pd_pv);
3603                                 pd_pv = NULL;
3604                         }
3605                         pv_put(pt_pv);
3606                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3607                 }
3608
3609                 /*
3610                  * If pt_pv is NULL we either have an shared page table
3611                  * page and must issue a callback specific to that case,
3612                  * or there is no page table page.
3613                  *
3614                  * Either way we can skip the page table page.
3615                  */
3616                 if (pt_pv == NULL) {
3617                         /*
3618                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
3619                          * page table page.
3620                          */
3621                         if (pd_pv == NULL)
3622                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3623                         KKASSERT(pd_pv != NULL);
3624                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
3625                         if (*ptep & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
3626                                 info->func(pmap, info, NULL, pd_pv, 1,
3627                                            sva, ptep, info->arg);
3628                         }
3629
3630                         /*
3631                          * Done, move to next page table page.
3632                          */
3633                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3634                         if (va_next < sva)
3635                                 va_next = eva;
3636                         continue;
3637                 }
3638
3639                 /*
3640                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
3641                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
3642                  *
3643                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3644                  * by the current page table page, or to the end of the
3645                  * range being removed.
3646                  */
3647 kernel_skip:
3648                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3649                 if (va_next < sva)
3650                         va_next = eva;
3651                 if (va_next > eva)
3652                         va_next = eva;
3653
3654                 /*
3655                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
3656                  * managed (might not have a pv_entry).
3657                  *
3658                  * There is no page table management for kernel pages so
3659                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
3660                  * is non-NULL, locked, and referenced.
3661                  */
3662
3663                 /*
3664                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
3665                  * pt_pv means a KVA.
3666                  */
3667                 if (pt_pv)
3668                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
3669                 else
3670                         ptep = vtopte(sva);
3671
3672                 while (sva < va_next) {
3673                         /*
3674                          * Yield every 64 pages.
3675                          */
3676                         if ((++info->count & 63) == 0)
3677                                 lwkt_user_yield();
3678
3679                         /*
3680                          * Acquire the related pte_pv, if any.  If *ptep == 0
3681                          * the related pte_pv should not exist, but if *ptep
3682                          * is not zero the pte_pv may or may not exist (e.g.
3683                          * will not exist for an unmanaged page).
3684                          *
3685                          * However a multitude of races are possible here.
3686                          *
3687                          * In addition, the (pt_pv, pte_pv) lock order is
3688                          * backwards, so we have to be careful in aquiring
3689                          * a properly locked pte_pv.
3690                          */
3691                         generation = pmap->pm_generation;
3692                         if (pt_pv) {
3693                                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
3694                                                     &error);
3695                                 if (error) {
3696                                         if (pd_pv) {
3697                                                 pv_put(pd_pv);
3698                                                 pd_pv = NULL;
3699                                         }
3700                                         pv_put(pt_pv);   /* must be non-NULL */
3701                                         pt_pv = NULL;
3702                                         pv_lock(pte_pv); /* safe to block now */
3703                                         pv_put(pte_pv);
3704                                         pte_pv = NULL;
3705                                         pt_pv = pv_get(pmap,
3706                                                        pmap_pt_pindex(sva));
3707                                         /*
3708                                          * pt_pv reloaded, need new ptep
3709                                          */
3710                                         KKASSERT(pt_pv != NULL);
3711                                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv,
3712                                                         pmap_pte_index(sva));
3713                                         continue;
3714                                 }
3715                         } else {
3716                                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
3717                         }
3718
3719                         /*
3720                          * Ok, if *ptep == 0 we had better NOT have a pte_pv.
3721                          */
3722                         oldpte = *ptep;
3723                         if (oldpte == 0) {
3724                                 if (pte_pv) {
3725                                         kprintf("Unexpected non-NULL pte_pv "
3726                                                 "%p pt_pv %p "
3727                                                 "*ptep = %016lx/%016lx\n",
3728                                                 pte_pv, pt_pv, *ptep, oldpte);
3729                                         panic("Unexpected non-NULL pte_pv");
3730                                 }
3731                                 sva += PAGE_SIZE;
3732                                 ++ptep;
3733                                 continue;
3734                         }
3735
3736                         /*
3737                          * Ready for the callback.  The locked pte_pv (if any)
3738                          * is consumed by the callback.  pte_pv will exist if
3739                          *  the page is managed, and will not exist if it
3740                          * isn't.
3741                          */
3742                         if (pte_pv) {
3743                                 KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3744                                     (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]),
3745                                     ("badC *ptep %016lx/%016lx sva %016lx "
3746                                     "pte_pv %p pm_generation %d/%d",
3747                                     *ptep, oldpte, sva, pte_pv,
3748                                     generation, pmap->pm_generation));
3749                                 info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3750                                     sva, ptep, info->arg);
3751                         } else {
3752                                 /*
3753                                  * Check for insertion race.  Since there is no
3754                                  * pte_pv to guard us it is possible for us
3755                                  * to race another thread doing an insertion.
3756                                  * Our lookup misses the pte_pv but our *ptep
3757                                  * check sees the inserted pte.
3758                                  *
3759                                  * XXX panic case seems to occur within a
3760                                  * vm_fork() of /bin/sh, which frankly
3761                                  * shouldn't happen since no other threads
3762                                  * should be inserting to our pmap in that
3763                                  * situation.  Removing, possibly.  Inserting,
3764                                  * shouldn't happen.
3765                                  */
3766                                 if ((oldpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) &&
3767                                     pt_pv) {
3768                                         pte_pv = pv_find(pmap,
3769                                                          pmap_pte_pindex(sva));
3770                                         if (pte_pv) {
3771                                                 pv_drop(pte_pv);
3772                                                 kprintf("pmap_scan: RACE2 "
3773                                                         "%016jx, %016lx\n",
3774                                                         sva, oldpte);
3775                                                 continue;
3776                                         }
3777                                 }
3778
3779                                 /*
3780                                  * Didn't race
3781                                  */
3782                                 KASSERT((oldpte & (pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_V_IDX])) ==
3783                                     pmap->pmap_bits[PG_V_IDX],
3784                                     ("badD *ptep %016lx/%016lx sva %016lx "
3785                                     "pte_pv NULL pm_generation %d/%d",
3786                                      *ptep, oldpte, sva,
3787                                      generation, pmap->pm_generation));
3788                                 info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3789                                     sva, ptep, info->arg);
3790                         }
3791                         pte_pv = NULL;
3792                         sva += PAGE_SIZE;
3793                         ++ptep;
3794                 }
3795         }
3796         if (pd_pv) {
3797                 pv_put(pd_pv);
3798                 pd_pv = NULL;
3799         }
3800         if (pt_pv) {
3801                 pv_put(pt_pv);
3802                 pt_pv = NULL;
3803         }
3804         if ((++info->count & 7) == 0)
3805                 lwkt_user_yield();
3806
3807         /*
3808          * Relock before returning.
3809          */
3810         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3811         return (0);
3812 }
3813
3814 void
3815 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3816 {
3817         struct pmap_scan_info info;
3818
3819         info.pmap = pmap;
3820         info.sva = sva;
3821         info.eva = eva;
3822         info.func = pmap_remove_callback;
3823         info.arg = NULL;
3824         pmap_scan(&info, 1);
3825 }
3826
3827 static void
3828 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3829 {
3830         struct pmap_scan_info info;
3831
3832         info.pmap = pmap;
3833         info.sva = sva;
3834         info.eva = eva;
3835         info.func = pmap_remove_callback;
3836         info.arg = NULL;
3837         pmap_scan(&info, 0);
3838 }
3839
3840 static void
3841 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3842                      pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3843                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3844 {
3845         pt_entry_t pte;
3846
3847         if (pte_pv) {
3848                 /*
3849                  * This will also drop pt_pv's wire_count. Note that
3850                  * terminal pages are not wired based on mmu presence.
3851                  */
3852                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, info->bulk);
3853                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
3854                 pv_free(pte_pv);
3855         } else if (sharept == 0) {
3856                 /*
3857                  * Unmanaged page table (pt, pd, or pdp. Not pte).
3858                  *
3859                  * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
3860                  * so we must decrement it manually.
3861                  *
3862                  * We have to unwire the target page table page.
3863                  *
3864                  * It is unclear how we can invalidate a segment so we
3865                  * invalidate -1 which invlidates the tlb.
3866                  */
3867                 pte = pmap_inval_bulk(info->bulk, (vm_offset_t)-1, ptep, 0);
3868                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_W_IDX])
3869                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
3870                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3871                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3872                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
3873         } else {
3874                 /*
3875                  * Unmanaged page table (pt, pd, or pdp. Not pte) for
3876                  * a shared page table.
3877                  *
3878                  * pt_pv is actually the pd_pv for our pmap (not the shared
3879                  * object pmap).
3880                  *
3881                  * We have to unwire the target page table page and we
3882                  * have to unwire our page directory page.
3883                  *
3884                  * It is unclear how we can invalidate a segment so we
3885                  * invalidate -1 which invlidates the tlb.
3886                  */
3887                 pte = pmap_inval_bulk(info->bulk, (vm_offset_t)-1, ptep, 0);
3888                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3889                 KKASSERT((pte & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0);
3890                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3891                         panic("pmap_remove: shared pgtable1 bad wirecount");
3892                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3893                         panic("pmap_remove: shared pgtable2 bad wirecount");
3894         }
3895 }
3896
3897 /*
3898  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
3899  * Reflects back modify bits to the pager.
3900  *
3901  * This routine may not be called from an interrupt.
3902  */
3903 static
3904 void
3905 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3906 {
3907         pv_entry_t pv;
3908         pmap_inval_bulk_t bulk;
3909
3910         if (!pmap_initialized /* || (m->flags & PG_FICTITIOUS)*/)
3911                 return;
3912
3913         vm_page_spin_lock(m);
3914         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3915                 KKASSERT(pv->pv_m == m);
3916                 if (pv_hold_try(pv)) {
3917                         vm_page_spin_unlock(m);
3918                 } else {
3919                         vm_page_spin_unlock(m);
3920                         pv_lock(pv);
3921                 }
3922                 if (pv->pv_m != m) {
3923                         pv_put(pv);
3924                         vm_page_spin_lock(m);
3925                         continue;
3926                 }
3927
3928                 /*
3929                  * Holding no spinlocks, pv is locked.
3930                  */
3931                 pmap_inval_bulk_init(&bulk, pv->pv_pmap);
3932                 pmap_remove_pv_pte(pv, NULL, &bulk);
3933                 pmap_inval_bulk_flush(&bulk);
3934                 pmap_remove_pv_page(pv);
3935                 pv_free(pv);
3936                 vm_page_spin_lock(m);
3937         }
3938         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
3939         vm_page_spin_unlock(m);
3940 }
3941
3942 /*
3943  * Set the physical protection on the specified range of this map
3944  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
3945  * and COW pages.
3946  *
3947  * This function may not be called from an interrupt if the map is
3948  * not the kernel_pmap.
3949  *
3950  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
3951  */
3952 void
3953 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3954 {
3955         struct pmap_scan_info info;
3956         /* JG review for NX */
3957
3958         if (pmap == NULL)
3959                 return;
3960         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3961                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3962                 return;
3963         }
3964         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3965                 return;
3966         info.pmap = pmap;
3967         info.sva = sva;
3968         info.eva = eva;
3969         info.func = pmap_protect_callback;
3970         info.arg = &prot;
3971         pmap_scan(&info, 1);
3972 }
3973
3974 static
3975 void
3976 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3977                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3978                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3979 {
3980         pt_entry_t pbits;
3981         pt_entry_t cbits;
3982         pt_entry_t pte;
3983         vm_page_t m;
3984
3985 again:
3986         pbits = *ptep;
3987         cbits = pbits;
3988         if (pte_pv) {
3989                 m = NULL;
3990                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]) {
3991                         if ((pbits & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0) {
3992                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3993                                 KKASSERT(m == pte_pv->pv_m);
3994                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3995                         }
3996                         cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_A_IDX];
3997                 }
3998                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]) {
3999                         if (pmap_track_modified(pte_pv->pv_pindex)) {
4000                                 if ((pbits & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0) {
4001                                         if (m == NULL) {
4002                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
4003                                                                     PG_FRAME);
4004                                         }
4005                                         vm_page_dirty(m);
4006                                 }
4007                                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_M_IDX];
4008                         }
4009                 }
4010         } else if (sharept) {
4011                 /*
4012                  * Unmanaged page table, pt_pv is actually the pd_pv
4013                  * for our pmap (not the object's shared pmap).
4014                  *
4015                  * When asked to protect something in a shared page table
4016                  * page we just unmap the page table page.  We have to
4017                  * invalidate the tlb in this situation.
4018                  *
4019                  * XXX Warning, shared page tables will not be used for
4020                  * OBJT_DEVICE or OBJT_MGTDEVICE (PG_FICTITIOUS) mappings
4021                  * so PHYS_TO_VM_PAGE() should be safe here.
4022                  */
4023                 pte = pmap_inval_smp(pmap, (vm_offset_t)-1, 1, ptep, 0);
4024                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
4025                         panic("pmap_protect: pgtable1 pg bad wirecount");
4026                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
4027                         panic("pmap_protect: pgtable2 pg bad wirecount");
4028                 ptep = NULL;
4029         }
4030         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
4031
4032         if (ptep) {
4033                 cbits &= ~pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX];
4034 #ifdef PMAP_DEBUG2
4035                 if (pmap_enter_debug > 0) {
4036                         --pmap_enter_debug;
4037                         kprintf("pmap_protect va=%lx ptep=%p pte_pv=%p "
4038                                 "pt_pv=%p cbits=%08lx\n",
4039                                 va, ptep, pte_pv,
4040                                 pt_pv, cbits
4041                         );
4042                 }
4043 #endif
4044                 if (pbits != cbits) {
4045                         if (!pmap_inval_smp_cmpset(pmap, (vm_offset_t)-1,
4046                                                    ptep, pbits, cbits)) {
4047                                 goto again;
4048                         }
4049                 }
4050         }
4051         if (pte_pv)
4052                 pv_put(pte_pv);
4053 }
4054
4055 /*
4056  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
4057  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
4058  *
4059  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
4060  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
4061  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
4062  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
4063  *
4064  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
4065  *       lazy-evaluate.
4066  */
4067 void
4068 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4069            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
4070 {
4071         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
4072         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
4073         pt_entry_t *ptep;
4074         vm_paddr_t opa;
4075         pt_entry_t origpte, newpte;
4076         vm_paddr_t pa;
4077
4078         if (pmap == NULL)
4079                 return;
4080         va = trunc_page(va);
4081 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
4082         if (va >= KvaEnd)
4083                 panic("pmap_enter: toobig");
4084         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
4085                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
4086                       "pages (va: 0x%lx)", va);
4087 #endif
4088         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
4089                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
4090                         "kernel_pmap\n");
4091 #ifdef DDB
4092                 db_print_backtrace();
4093 #endif
4094         }
4095         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
4096                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
4097                         "kernel_pmap\n");
4098 #ifdef DDB
4099                 db_print_backtrace();
4100 #endif
4101         }
4102
4103         /*
4104          * Get locked PV entries for our new page table entry (pte_pv)
4105          * and for its parent page table (pt_pv).  We need the parent
4106          * so we can resolve the location of the ptep.
4107          *
4108          * Only hardware MMU actions can modify the ptep out from
4109          * under us.
4110          *
4111          * if (m) is fictitious or unmanaged we do not create a managing
4112          * pte_pv for it.  Any pre-existing page's management state must
4113          * match (avoiding code complexity).
4114          *
4115          * If the pmap is still being initialized we assume existing
4116          * page tables.
4117          *
4118          * Kernel mapppings do not track page table pages (i.e. pt_pv).
4119          */
4120         if (pmap_initialized == FALSE) {
4121                 pte_pv = NULL;
4122                 pt_pv = NULL;
4123                 ptep = vtopte(va);
4124                 origpte = *ptep;
4125         } else if (m->flags & (/*PG_FICTITIOUS |*/ PG_UNMANAGED)) { /* XXX */
4126                 pte_pv = NULL;
4127                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4128                         pt_pv = NULL;
4129                         ptep = vtopte(va);
4130                 } else {
4131                         pt_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va),
4132                                                   NULL, entry, va);
4133                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
4134                 }
4135                 origpte = *ptep;
4136                 cpu_ccfence();
4137                 KASSERT(origpte == 0 ||
4138                          (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0,
4139                          ("Invalid PTE 0x%016jx @ 0x%016jx\n", origpte, va));
4140         } else {
4141                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
4142                         /*
4143                          * Kernel map, pv_entry-tracked.
4144                          */
4145                         pt_pv = NULL;
4146                         pte_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL);
4147                         ptep = vtopte(va);
4148                 } else {
4149                         /*
4150                          * User map
4151                          */
4152                         pte_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pte_pindex(va),
4153                                                    &pt_pv, entry, va);
4154                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
4155                 }
4156                 origpte = *ptep;
4157                 cpu_ccfence();
4158                 KASSERT(origpte == 0 ||
4159                          (origpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]),
4160                          ("Invalid PTE 0x%016jx @ 0x%016jx\n", origpte, va));
4161         }
4162
4163         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4164         opa = origpte & PG_FRAME;
4165
4166         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) |
4167                  pmap->pmap_bits[PG_V_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
4168         if (wired)
4169                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_W_IDX];
4170         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
4171                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_U_IDX];
4172         if (pte_pv)
4173                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX];
4174 //      if (pmap == &kernel_pmap)
4175 //              newpte |= pgeflag;
4176         newpte |= pmap->pmap_cache_bits[m->pat_mode];
4177         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
4178                 newpte |= pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX];
4179
4180         /*
4181          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
4182          * environments, the existing pte might be correct.
4183          */
4184         if (((origpte ^ newpte) & ~(pt_entry_t)(pmap->pmap_bits[PG_M_IDX] |
4185             pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) == 0)
4186                 goto done;
4187
4188         /*
4189          * Ok, either the address changed or the protection or wiring
4190          * changed.
4191          *
4192          * Clear the current entry, interlocking the removal.  For managed
4193          * pte's this will also flush the modified state to the vm_page.
4194          * Atomic ops are mandatory in order to ensure that PG_M events are
4195          * not lost during any transition.
4196          *
4197          * WARNING: The caller has busied the new page but not the original
4198          *          vm_page which we are trying to replace.  Because we hold
4199          *          the pte_pv lock, but have not busied the page, PG bits
4200          *          can be cleared out from under us.
4201          */
4202         if (opa) {
4203                 if (pte_pv) {
4204                         /*
4205                          * pmap_remove_pv_pte() unwires pt_pv and assumes
4206                          * we will free pte_pv, but since we are reusing
4207                          * pte_pv we want to retain the wire count.
4208                          *
4209                          * pt_pv won't exist for a kernel page (managed or
4210                          * otherwise).
4211                          */
4212                         if (pt_pv)
4213                                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
4214                         if (prot & VM_PROT_NOSYNC) {
4215                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, NULL);
4216                         } else {
4217                                 pmap_inval_bulk_t bulk;
4218
4219                                 pmap_inval_bulk_init(&bulk, pmap);
4220                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, &bulk);
4221                                 pmap_inval_bulk_flush(&bulk);
4222                         }
4223                         if (pte_pv->pv_m)
4224                                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
4225                 } else if (prot & VM_PROT_NOSYNC) {
4226                         /*
4227                          * Unmanaged page, NOSYNC (no mmu sync) requested.
4228                          *
4229                          * Leave wire count on PT page intact.
4230                          */
4231                         (void)pte_load_clear(ptep);
4232                         cpu_invlpg((void *)va);
4233                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4234                 } else {
4235                         /*
4236                          * Unmanaged page, normal enter.
4237                          *
4238                          * Leave wire count on PT page intact.
4239                          */
4240                         pmap_inval_smp(pmap, va, 1, ptep, 0);
4241                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
4242                 }
4243                 KKASSERT(*ptep == 0);
4244         }
4245
4246 #ifdef PMAP_DEBUG2
4247         if (pmap_enter_debug > 0) {
4248                 --pmap_enter_debug;
4249                 kprintf("pmap_enter: va=%lx m=%p origpte=%lx newpte=%lx ptep=%p"
4250                         " pte_pv=%p pt_pv=%p opa=%lx prot=%02x\n",
4251                         va, m,
4252                         origpte, newpte, ptep,
4253                         pte_pv, pt_pv, opa, prot);
4254         }
4255 #endif
4256
4257         if (pte_pv) {
4258                 /*
4259                  * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4260                  * Wiring of the PT page is already handled.
4261                  */
4262                 KKASSERT(pte_pv->pv_m == NULL);
4263                 vm_page_spin_lock(m);
4264                 pte_pv->pv_m = m;
4265                 pmap_page_stats_adding(m);
4266                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pte_pv, pv_list);
4267                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
4268                 vm_page_spin_unlock(m);
4269         } else if (pt_pv && opa == 0) {
4270                 /*
4271                  * We have to adjust the wire count on the PT page ourselves
4272                  * for unmanaged entries.  If opa was non-zero we retained
4273                  * the existing wire count from the removal.
4274                  */
4275                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
4276         }
4277
4278         /*
4279          * Kernel VMAs (pt_pv == NULL) require pmap invalidation interlocks.
4280          *
4281          * User VMAs do not because those will be zero->non-zero, so no
4282          * stale entries to worry about at this point.
4283          *
4284          * For KVM there appear to still be issues.  Theoretically we
4285          * should be able to scrap the interlocks entirely but we
4286          * get crashes.
4287          */
4288         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 && pt_pv == NULL) {
4289                 pmap_inval_smp(pmap, va, 1, ptep, newpte);
4290         } else {
4291                 *(volatile pt_entry_t *)ptep = newpte;
4292                 if (pt_pv == NULL)
4293                         cpu_invlpg((void *)va);
4294         }
4295
4296         if (wired) {
4297                 if (pte_pv) {
4298                         atomic_add_long(&pte_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
4299                                         1);
4300                 } else {
4301                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
4302                 }
4303         }
4304         if (newpte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX])
4305                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
4306
4307         /*
4308          * Unmanaged pages need manual resident_count tracking.
4309          */
4310         if (pte_pv == NULL && pt_pv)
4311                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
4312
4313         /*
4314          * Cleanup
4315          */
4316 done:
4317         KKASSERT((newpte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0 ||
4318                  (m->flags & PG_MAPPED));
4319
4320         /*
4321          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.
4322          */
4323         if (pte_pv)
4324                 pv_put(pte_pv);
4325         if (pt_pv)
4326                 pv_put(pt_pv);
4327 }
4328
4329 /*
4330  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
4331  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
4332  * VA.
4333  *
4334  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
4335  */
4336 void
4337 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
4338 {
4339         pmap_enter(pmap, va, m, VM_PROT_READ, FALSE, NULL);
4340 }
4341
4342 /*
4343  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4344  * to be used for panic dumps.
4345  *
4346  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
4347  */
4348 void *
4349 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
4350 {
4351         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
4352         return ((void *)crashdumpmap);
4353 }
4354
4355 #define MAX_INIT_PT (96)
4356
4357 /*
4358  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
4359  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
4360  * immediately after an mmap.
4361  */
4362 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
4363
4364 void
4365 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
4366                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex,
4367                     vm_size_t size, int limit)
4368 {
4369         struct rb_vm_page_scan_info info;
4370         struct lwp *lp;
4371         vm_size_t psize;
4372
4373         /*
4374          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
4375          * or object.
4376          */
4377         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
4378                 return;
4379
4380         /*
4381          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
4382          */
4383         lp = curthread->td_lwp;
4384         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
4385                 return;
4386
4387         /*
4388          * Misc additional checks
4389          */
4390         psize = x86_64_btop(size);
4391
4392         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
4393                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
4394                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
4395                 return;
4396         }
4397
4398         if (pindex + psize > object->size) {
4399                 if (object->size < pindex)
4400                         return;
4401                 psize = object->size - pindex;
4402         }
4403
4404         if (psize == 0)
4405                 return;
4406
4407         /*
4408          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
4409          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
4410          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
4411          * page table page.
4412          */
4413         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
4414             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
4415             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
4416                 return;
4417         }
4418
4419         /*
4420          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
4421          * any valid pages found into the pmap.
4422          *
4423          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
4424          * object token.
4425          */
4426         info.start_pindex = pindex;
4427         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
4428         info.limit = limit;
4429         info.mpte = NULL;
4430         info.addr = addr;
4431         info.pmap = pmap;
4432
4433         vm_object_hold_shared(object);
4434         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
4435                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
4436         vm_object_drop(object);
4437 }
4438
4439 static
4440 int
4441 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
4442 {
4443         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
4444         vm_pindex_t rel_index;
4445
4446         /*
4447          * don't allow an madvise to blow away our really
4448          * free pages allocating pv entries.
4449          */
4450         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
4451                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
4452                     return(-1);
4453         }
4454
4455         /*
4456          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
4457          * busy (while holding the object token).
4458          */
4459         if (p->flags & PG_MARKER)
4460                 return 0;
4461         if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
4462                 return 0;
4463         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
4464             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4465                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
4466                         vm_page_deactivate(p);
4467                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
4468                 pmap_enter_quick(info->pmap,
4469                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
4470         }
4471         vm_page_wakeup(p);
4472         lwkt_yield();
4473         return(0);
4474 }
4475
4476 /*
4477  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
4478  * address.
4479  *
4480  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
4481  * into the slot.
4482  *
4483  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
4484  */
4485 int
4486 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4487 {
4488         pt_entry_t *pte;
4489
4490         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
4491         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
4492                 if (*pte & pmap->pmap_bits[PG_V_IDX]) {
4493                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
4494                         return FALSE;
4495                 }
4496         }
4497         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
4498         return TRUE;
4499 }
4500
4501 /*
4502  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
4503  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.
4504  */
4505 void
4506 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired,
4507                    vm_map_entry_t entry)
4508 {
4509         pt_entry_t *ptep;
4510         pv_entry_t pv;
4511
4512         if (pmap == NULL)
4513                 return;
4514         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
4515         pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL, entry, va);
4516         ptep = pv_pte_lookup(pv, pmap_pte_index(va));
4517
4518         if (wired && !pmap_pte_w(pmap, ptep))
4519                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, 1);
4520         else if (!wired && pmap_pte_w(pmap, ptep))
4521                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4522
4523         /*
4524          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4525          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
4526          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using
4527          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
4528          * wiring changes.
4529          */
4530         if (wired)
4531                 atomic_set_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
4532         else
4533                 atomic_clear_long(ptep, pmap->pmap_bits[PG_W_IDX]);
4534         pv_put(pv);
4535         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
4536 }
4537
4538
4539
4540 /*
4541  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
4542  * the range dst_addr/len in the destination map.
4543  *
4544  * This routine is only advisory and need not do anything.
4545  */
4546 void
4547 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4548           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4549 {
4550 }
4551
4552 /*
4553  * pmap_zero_page:
4554  *
4555  *      Zero the specified physical page.
4556  *
4557  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
4558  *      required.
4559  */
4560 void
4561 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
4562 {
4563         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4564
4565         pagezero((void *)va);
4566 }
4567
4568 /*
4569  * pmap_zero_page:
4570  *
4571  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
4572  *      its contents with bzero.
4573  *
4574  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4575  */
4576 void
4577 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
4578 {
4579         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
4580
4581         bzero((char *)virt + off, size);
4582 }
4583
4584 /*
4585  * pmap_copy_page:
4586  *
4587  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4588  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4589  *      is required.
4590  */
4591 void
4592 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
4593 {
4594         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4595
4596         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4597         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4598         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
4599 }
4600
4601 /*
4602  * pmap_copy_page_frag:
4603  *
4604  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4605  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4606  *      is required.
4607  */
4608 void
4609 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
4610 {
4611         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4612
4613         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4614         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4615
4616         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
4617               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
4618               bytes);
4619 }
4620
4621 /*
4622  * Returns true if the pmap's pv is one of the first 16 pvs linked to from
4623  * this page.  This count may be changed upwards or downwards in the future;
4624  * it is only necessary that true be returned for a small subset of pmaps
4625  * for proper page aging.
4626  */
4627 boolean_t
4628 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4629 {
4630         pv_entry_t pv;
4631         int loops = 0;
4632
4633         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4634                 return FALSE;
4635
4636         vm_page_spin_lock(m);
4637         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4638                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
4639                         vm_page_spin_unlock(m);
4640                         return TRUE;
4641                 }
4642                 loops++;
4643                 if (loops >= 16)
4644                         break;
4645         }
4646         vm_page_spin_unlock(m);
4647         return (FALSE);
4648 }
4649
4650 /*
4651  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
4652  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
4653  * only.
4654  */
4655 void
4656 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4657 {
4658         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
4659         cpu_invltlb();
4660 }
4661
4662 /*
4663  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
4664  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
4665  */
4666 static
4667 boolean_t
4668 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
4669 {
4670         pv_entry_t pv;
4671         pt_entry_t *pte;
4672         pmap_t pmap;
4673
4674         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4675                 return FALSE;
4676
4677         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
4678                 return FALSE;
4679         vm_page_spin_lock(m);
4680         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
4681                 vm_page_spin_unlock(m);
4682                 return FALSE;
4683         }
4684
4685         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4686
4687 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4688                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4689                         kprintf("Null pmap (tb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4690                             pv->pv_pindex);
4691                         continue;
4692                 }
4693 #endif
4694                 pmap = pv->pv_pmap;
4695
4696                 /*
4697                  * If the bit being tested is the modified bit, then
4698                  * mark clean_map and ptes as never
4699                  * modified.
4700                  *
4701                  * WARNING!  Because we do not lock the pv, *pte can be in a
4702                  *           state of flux.  Despite this the value of *pte
4703                  *           will still be related to the vm_page in some way
4704                  *           because the pv cannot be destroyed as long as we
4705                  *           hold the vm_page spin lock.
4706                  */
4707                 if (bit == PG_A_IDX || bit == PG_M_IDX) {
4708                                 //& (pmap->pmap_bits[PG_A_IDX] | pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])) {
4709                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4710                                 continue;
4711                 }
4712
4713                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4714                 if (*pte & pmap->pmap_bits[bit]) {
4715                         vm_page_spin_unlock(m);
4716                         return TRUE;
4717                 }
4718         }
4719         vm_page_spin_unlock(m);
4720         return (FALSE);
4721 }
4722
4723 /*
4724  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
4725  * specified.  PG_RW requires special handling.
4726  *
4727  * Caller must NOT hold any spin locks
4728  */
4729 static __inline
4730 void
4731 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit_index)
4732 {
4733         pv_entry_t pv;
4734         pt_entry_t *pte;
4735         pt_entry_t pbits;
4736         pmap_t pmap;
4737
4738         if (bit_index == PG_RW_IDX)
4739                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4740         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
4741                 return;
4742         }
4743
4744         /*
4745          * PG_M or PG_A case
4746          *
4747          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
4748          * setting RO do we need to clear the VAC?
4749          *
4750          * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
4751          *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
4752          *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
4753          *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
4754          *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
4755          *       tables.
4756          *
4757          * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
4758          *
4759          * NOTE: Because we do not lock the pv, *pte can be in a state of
4760          *       flux.  Despite this the value of *pte is still somewhat
4761          *       related while we hold the vm_page spin lock.
4762          *
4763          *       *pte can be zero due to this race.  Since we are clearing
4764          *       bits we basically do no harm when this race  ccurs.
4765          */
4766         if (bit_index != PG_RW_IDX) {
4767                 vm_page_spin_lock(m);
4768                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4769 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4770                         if (pv->pv_pmap == NULL) {
4771                                 kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4772                                     pv->pv_pindex);
4773                                 continue;
4774                         }
4775 #endif
4776                         pmap = pv->pv_pmap;
4777                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap,
4778                                              pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4779                         pbits = *pte;
4780                         if (pbits & pmap->pmap_bits[bit_index])
4781                                 atomic_clear_long(pte, pmap->pmap_bits[bit_index]);
4782                 }
4783                 vm_page_spin_unlock(m);
4784                 return;
4785         }
4786
4787         /*
4788          * Clear PG_RW.  Also clears PG_M and marks the page dirty if PG_M
4789          * was set.
4790          */
4791 restart:
4792         vm_page_spin_lock(m);
4793         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4794                 /*
4795                  * don't write protect pager mappings
4796                  */
4797                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4798                         continue;
4799
4800 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4801                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4802                         kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4803                             pv->pv_pindex);
4804                         continue;
4805                 }
4806 #endif
4807                 pmap = pv->pv_pmap;
4808                 /*
4809                  * Skip pages which do not have PG_RW set.
4810                  */
4811                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4812                 if ((*pte & pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX]) == 0)
4813                         continue;
4814
4815                 /*
4816                  * Lock the PV
4817                  */
4818                 if (pv_hold_try(pv)) {
4819                         vm_page_spin_unlock(m);
4820                 } else {
4821                         vm_page_spin_unlock(m);
4822                         pv_lock(pv);    /* held, now do a blocking lock */
4823                 }
4824                 if (pv->pv_pmap != pmap || pv->pv_m != m) {
4825                         pv_put(pv);     /* and release */
4826                         goto restart;   /* anything could have happened */
4827                 }
4828                 KKASSERT(pv->pv_pmap == pmap);
4829                 for (;;) {
4830                         pt_entry_t nbits;
4831
4832                         pbits = *pte;
4833                         cpu_ccfence();
4834                         nbits = pbits & ~(pmap->pmap_bits[PG_RW_IDX] |
4835                                           pmap->pmap_bits[PG_M_IDX]);
4836                         if (pmap_inval_smp_cmpset(pmap,
4837                                      ((vm_offset_t)pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT),
4838                                      pte, pbits, nbits)) {
4839                                 break;
4840                         }
4841                         cpu_pause();
4842                 }
4843                 vm_page_spin_lock(m);
4844
4845                 /*
4846                  * If PG_M was found to be set while we were clearing PG_RW
4847                  * we also clear PG_M (done above) and mark the page dirty.
4848                  * Callers expect this behavior.
4849                  */
4850                 if (pbits & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
4851                         vm_page_dirty(m);
4852                 pv_put(pv);
4853         }
4854         vm_page_spin_unlock(m);
4855 }
4856
4857 /*
4858  * Lower the permission for all mappings to a given page.
4859  *
4860  * Page must be busied by caller.  Because page is busied by caller this
4861  * should not be able to race a pmap_enter().
4862  */
4863 void
4864 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4865 {
4866         /* JG NX support? */
4867         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4868                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
4869                         /*
4870                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
4871                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
4872                          */
4873                         pmap_clearbit(m, PG_RW_IDX);
4874                 } else {
4875                         pmap_remove_all(m);
4876                 }
4877         }
4878 }
4879
4880 vm_paddr_t
4881 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
4882 {
4883         return (x86_64_ptob(ppn));
4884 }
4885
4886 /*
4887  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4888  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4889  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4890  * reference bits set.
4891  *
4892  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4893  * should be tested and standardized at some point in the future for
4894  * optimal aging of shared pages.
4895  *
4896  * This routine may not block.
4897  */
4898 int
4899 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4900 {
4901         pv_entry_t pv;
4902         pt_entry_t *pte;
4903         pmap_t pmap;
4904         int rtval = 0;
4905
4906         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4907                 return (rtval);
4908
4909         vm_page_spin_lock(m);
4910         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4911                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4912                         continue;
4913                 pmap = pv->pv_pmap;
4914                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4915                 if (pte && (*pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])) {
4916                         atomic_clear_long(pte, pmap->pmap_bits[PG_A_IDX]);
4917                         rtval++;
4918                         if (rtval > 4)
4919                                 break;
4920                 }
4921         }
4922         vm_page_spin_unlock(m);
4923         return (rtval);
4924 }
4925
4926 /*
4927  *      pmap_is_modified:
4928  *
4929  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4930  *      in any physical maps.
4931  */
4932 boolean_t
4933 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4934 {
4935         boolean_t res;
4936
4937         res = pmap_testbit(m, PG_M_IDX);
4938         return (res);
4939 }
4940
4941 /*
4942  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4943  */
4944 void
4945 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4946 {
4947         pmap_clearbit(m, PG_M_IDX);
4948 }
4949
4950 /*
4951  *      pmap_clear_reference:
4952  *
4953  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4954  */
4955 void
4956 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4957 {
4958         pmap_clearbit(m, PG_A_IDX);
4959 }
4960
4961 /*
4962  * Miscellaneous support routines follow
4963  */
4964
4965 static
4966 void
4967 i386_protection_init(void)
4968 {
4969         int *kp, prot;
4970
4971         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
4972         kp = protection_codes;
4973         for (prot = 0; prot < PROTECTION_CODES_SIZE; prot++) {
4974                 switch (prot) {
4975                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4976                         /*
4977                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
4978                          * so just make it readable.
4979                          */
4980                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4981                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4982                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4983                         *kp++ = 0;
4984                         break;
4985                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4986                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4987                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4988                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4989                         *kp++ = pmap_bits_default[PG_RW_IDX];
4990                         break;
4991                 }
4992         }
4993 }
4994
4995 /*
4996  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4997  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4998  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4999  * NOT real memory.
5000  *
5001  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
5002  *       a time.
5003  *
5004  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
5005  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
5006  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
5007  *       supports PAT.
5008  */
5009 void *
5010 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5011 {
5012         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5013 }
5014
5015 void *
5016 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5017 {
5018         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5019 }
5020
5021 void *
5022 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5023 {
5024         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5025 }
5026
5027 /*
5028  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5029  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5030  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5031  * NOT real memory.
5032  */
5033 void *
5034 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5035 {
5036         vm_offset_t va, tmpva, offset;
5037         pt_entry_t *pte;
5038         vm_size_t tmpsize;
5039
5040         offset = pa & PAGE_MASK;
5041         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5042
5043         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
5044         if (va == 0)
5045                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
5046
5047         pa = pa & ~PAGE_MASK;
5048         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
5049                 pte = vtopte(tmpva);
5050                 *pte = pa |
5051                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_RW_IDX] |
5052                     kernel_pmap.pmap_bits[PG_V_IDX] | /* pgeflag | */
5053                     kernel_pmap.pmap_cache_bits[mode];
5054                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
5055                 tmpva += PAGE_SIZE;
5056                 pa += PAGE_SIZE;
5057         }
5058         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, va, va + size);
5059         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5060
5061         return ((void *)(va + offset));
5062 }
5063
5064 void
5065 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5066 {
5067         vm_offset_t base, offset;
5068
5069         base = va & ~PAGE_MASK;
5070         offset = va & PAGE_MASK;
5071         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5072         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
5073         kmem_free(&kernel_map, base, size);
5074 }
5075
5076 /*
5077  * Sets the memory attribute for the specified page.
5078  */
5079 void
5080 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5081 {
5082
5083     m->pat_mode = ma;
5084
5085     /*
5086      * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5087      * can be relied upon to perform any cache operations that are
5088      * required for data coherence.
5089      */
5090     if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
5091         pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), 1, m->pat_mode);
5092 }
5093
5094 /*
5095  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
5096  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
5097  * during the adjustment.
5098  */
5099 void
5100 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
5101 {
5102         pt_entry_t *pte;
5103         vm_offset_t base;
5104         int changed = 0;
5105
5106         if (va == 0)
5107                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
5108         base = trunc_page(va);
5109
5110         while (count) {
5111                 pte = vtopte(va);
5112                 *pte = (*pte & ~(pt_entry_t)(kernel_pmap.pmap_cache_mask)) |
5113                        kernel_pmap.pmap_cache_bits[mode];
5114                 --count;
5115                 va += PAGE_SIZE;
5116         }
5117
5118         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
5119
5120         /*
5121          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
5122          * shouldn't be, etc.
5123          */
5124         if (changed) {
5125                 pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, base, va);
5126                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
5127         }
5128 }
5129
5130 /*
5131  * perform the pmap work for mincore
5132  */
5133 int
5134 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5135 {
5136         pt_entry_t *ptep, pte;
5137         vm_page_t m;
5138         int val = 0;
5139
5140         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
5141         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
5142
5143         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
5144                 vm_offset_t pa;
5145
5146                 val = MINCORE_INCORE;
5147                 if ((pte & pmap->pmap_bits[PG_MANAGED_IDX]) == 0)
5148                         goto done;
5149
5150                 pa = pte & PG_FRAME;
5151
5152                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_DEVICE_IDX])
5153                         m = NULL;
5154                 else
5155                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5156
5157                 /*
5158                  * Modified by us
5159                  */
5160                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_M_IDX])
5161                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5162                 /*
5163                  * Modified by someone
5164                  */
5165                 else if (m && (m->dirty || pmap_is_modified(m)))
5166                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5167                 /*
5168                  * Referenced by us
5169                  */
5170                 if (pte & pmap->pmap_bits[PG_A_IDX])
5171                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5172
5173                 /*
5174                  * Referenced by someone
5175                  */
5176                 else if (m && ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
5177                                 pmap_ts_referenced(m))) {
5178                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5179                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
5180                 }
5181         }
5182 done:
5183         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
5184
5185         return val;
5186 }
5187
5188 /*
5189  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
5190  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
5191  *
5192  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
5193  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
5194  *
5195  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
5196  */
5197 void
5198 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
5199 {
5200         struct vmspace *oldvm;
5201         struct lwp *lp;
5202
5203         oldvm = p->p_vmspace;
5204         if (oldvm != newvm) {
5205                 if (adjrefs)
5206                         vmspace_ref(newvm);
5207                 p->p_vmspace = newvm;
5208                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
5209                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
5210                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
5211                 if (adjrefs)
5212                         vmspace_rel(oldvm);
5213         }
5214 }
5215
5216 /*
5217  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
5218  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
5219  * on a per-lwp basis.
5220  *
5221  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
5222  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
5223  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
5224  */
5225 void
5226 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
5227 {
5228         struct vmspace *oldvm;
5229         struct pmap *pmap;
5230
5231         oldvm = lp->lwp_vmspace;
5232
5233         if (oldvm != newvm) {
5234                 crit_enter();
5235                 lp->lwp_vmspace = newvm;
5236                 if (curthread->td_lwp == lp) {
5237                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
5238                         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(pmap->pm_active, mycpu->gd_cpuid);
5239                         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL)
5240                                 pmap_interlock_wait(newvm);
5241 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
5242                         tlb_flush_count++;
5243 #endif
5244                         if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == REGULAR_PMAP) {
5245                                 curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
5246                         } else if (pmap->pmap_bits[TYPE_IDX] == EPT_PMAP) {
5247                                 curthread->td_pcb->pcb_cr3 = KPML4phys;
5248                         } else {
5249                                 panic("pmap_setlwpvm: unknown pmap type\n");
5250                         }
5251                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
5252                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
5253                         ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(pmap->pm_active,
5254                                                mycpu->gd_cpuid);
5255                 }
5256                 crit_exit();
5257         }
5258 }
5259
5260 /*
5261  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
5262  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
5263  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
5264  * this because the thread making the modifications has already set up its
5265  * SMP synchronization mask.
5266  *
5267  * This function cannot sleep!
5268  *
5269  * No requirements.
5270  */
5271 void
5272 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
5273 {
5274         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
5275
5276         if (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
5277                 crit_enter();
5278                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
5279                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
5280                 while (pmap->pm_active_lock & CPULOCK_EXCL) {
5281                         cpu_ccfence();
5282                         lwkt_process_ipiq();
5283                 }
5284                 DEBUG_POP_INFO();
5285                 crit_exit();
5286         }
5287 }
5288
5289 vm_offset_t
5290 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
5291 {
5292
5293         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) ||
5294             ((obj->type != OBJT_DEVICE) && (obj->type != OBJT_MGTDEVICE))) {
5295                 return addr;
5296         }
5297
5298         addr = roundup2(addr, NBPDR);
5299         return addr;
5300 }
5301
5302 /*
5303  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
5304  */
5305 vm_page_t
5306 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
5307 {
5308         pt_entry_t *ptep = vtopte(va);
5309
5310         KKASSERT((*ptep & kernel_pmap.pmap_bits[PG_DEVICE_IDX]) == 0);
5311         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME));
5312 }
5313
5314 /*
5315  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
5316  * is executed when a VM object is created.
5317  */
5318 void
5319 pmap_object_init(vm_object_t object)
5320 {
5321         object->md.pmap_rw = NULL;
5322         object->md.pmap_ro = NULL;
5323 }
5324
5325 /*
5326  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
5327  * is executed when a VM object is destroyed.
5328  */
5329 void
5330 pmap_object_free(vm_object_t object)
5331 {
5332         pmap_t pmap;
5333
5334         if ((pmap = object->md.pmap_rw) != NULL) {
5335                 object->md.pmap_rw = NULL;
5336                 pmap_remove_noinval(pmap,
5337                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
5338                 CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
5339                 pmap_release(pmap);
5340                 pmap_puninit(pmap);
5341                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
5342         }
5343         if ((pmap = object->md.pmap_ro) != NULL) {
5344                 object->md.pmap_ro = NULL;
5345                 pmap_remove_noinval(pmap,
5346                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
5347                 CPUMASK_ASSZERO(pmap->pm_active);
5348                 pmap_release(pmap);
5349                 pmap_puninit(pmap);
5350                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
5351         }
5352 }