kernel - 64-bit memory & ncpus work
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
8  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
10  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
47  */
48
49 /*
50  *      Manages physical address maps.
51  *
52  *      In addition to hardware address maps, this
53  *      module is called upon to provide software-use-only
54  *      maps which may or may not be stored in the same
55  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
56  *      used to store intermediate results from copy
57  *      operations to and from address spaces.
58  *
59  *      Since the information managed by this module is
60  *      also stored by the logical address mapping module,
61  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
62  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
63  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
64  *      requested.
65  *
66  *      In order to cope with hardware architectures which
67  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
68  *      this module may delay invalidate or reduced protection
69  *      operations until such time as they are actually
70  *      necessary.  This module is given full information as
71  *      to which processors are currently using which maps,
72  *      and to when physical maps must be made correct.
73  */
74
75 #if JG
76 #include "opt_disable_pse.h"
77 #include "opt_pmap.h"
78 #endif
79 #include "opt_msgbuf.h"
80
81 #include <sys/param.h>
82 #include <sys/systm.h>
83 #include <sys/kernel.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/msgbuf.h>
86 #include <sys/vmmeter.h>
87 #include <sys/mman.h>
88
89 #include <vm/vm.h>
90 #include <vm/vm_param.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/lock.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_page.h>
95 #include <vm/vm_map.h>
96 #include <vm/vm_object.h>
97 #include <vm/vm_extern.h>
98 #include <vm/vm_pageout.h>
99 #include <vm/vm_pager.h>
100 #include <vm/vm_zone.h>
101
102 #include <sys/user.h>
103 #include <sys/thread2.h>
104 #include <sys/sysref2.h>
105
106 #include <machine/cputypes.h>
107 #include <machine/md_var.h>
108 #include <machine/specialreg.h>
109 #include <machine/smp.h>
110 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
111 #include <machine/globaldata.h>
112 #include <machine/pmap.h>
113 #include <machine/pmap_inval.h>
114
115 #include <ddb/ddb.h>
116
117 #define PMAP_KEEP_PDIRS
118 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
119 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
120 #endif
121
122 #if defined(DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_DIAGNOSTIC
124 #endif
125
126 #define MINPV 2048
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
155 vm_offset_t virtual2_end;
156 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
157 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
158 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
159 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
160 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
161 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
162 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
163 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
164
165 static vm_object_t kptobj;
166
167 static int ndmpdp;
168 static vm_paddr_t dmaplimit;
169 static int nkpt;
170 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
171
172 static uint64_t KPTbase;
173 static uint64_t KPTphys;
174 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
175 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
176 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
177 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
178
179 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
180 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
181
182 /*
183  * Data for the pv entry allocation mechanism
184  */
185 static vm_zone_t pvzone;
186 static struct vm_zone pvzone_store;
187 static struct vm_object pvzone_obj;
188 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
189 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
190 static struct pv_entry *pvinit;
191
192 /*
193  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
194  */
195 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
196 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
197 static pt_entry_t *msgbufmap;
198 struct msgbuf *msgbufp=0;
199
200 /*
201  * Crashdump maps.
202  */
203 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
204 static caddr_t crashdumpmap;
205
206 extern pt_entry_t *SMPpt;
207 extern uint64_t SMPptpa;
208
209 #define DISABLE_PSE
210
211 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
212 static void i386_protection_init (void);
213 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
214 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
215 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
216                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
217 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
218                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
219 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
220                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
221 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
222 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
223                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
224
225 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
226
227 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
228 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
229 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
230 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
231 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
232                                 pmap_inval_info_t info);
233 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
234 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
235
236 static unsigned pdir4mb;
237
238 /*
239  * Move the kernel virtual free pointer to the next
240  * 2MB.  This is used to help improve performance
241  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
242  * (.text, .data, .bss)
243  */
244 static
245 vm_offset_t
246 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
247 {
248         vm_offset_t newaddr = addr;
249
250         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
251         return newaddr;
252 }
253
254 /*
255  * pmap_pte_quick:
256  *
257  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
258  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
259  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
260  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
261  *
262  *      Should only be called while in a critical section.
263  */
264 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
265
266 static
267 pt_entry_t *
268 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
269 {
270         return pmap_pte(pmap, va);
271 }
272
273 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
274 static __inline
275 vm_pindex_t
276 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
277 {
278         return va >> PDRSHIFT;
279 }
280
281 /* Return various clipped indexes for a given VA */
282 static __inline
283 vm_pindex_t
284 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
285 {
286
287         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
288 }
289
290 static __inline
291 vm_pindex_t
292 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
293 {
294
295         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
296 }
297
298 static __inline
299 vm_pindex_t
300 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
301 {
302
303         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
304 }
305
306 static __inline
307 vm_pindex_t
308 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
309 {
310
311         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
312 }
313
314 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
315 static __inline
316 pml4_entry_t *
317 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
318 {
319
320         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
321 }
322
323 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
324 static __inline
325 pdp_entry_t *
326 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
327 {
328         pdp_entry_t *pdpe;
329
330         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
331         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
332 }
333
334 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
335 static __inline
336 pdp_entry_t *
337 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
338 {
339         pml4_entry_t *pml4e;
340
341         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
342         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
343                 return NULL;
344         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
345 }
346
347 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
348 static __inline
349 pd_entry_t *
350 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
351 {
352         pd_entry_t *pde;
353
354         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
355         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
356 }
357
358 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
359 static __inline
360 pd_entry_t *
361 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
362 {
363         pdp_entry_t *pdpe;
364
365         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
366         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
367                  return NULL;
368         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
369 }
370
371 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
372 static __inline
373 pt_entry_t *
374 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
375 {
376         pt_entry_t *pte;
377
378         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
379         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
380 }
381
382 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
383 static __inline
384 pt_entry_t *
385 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
386 {
387         pd_entry_t *pde;
388
389         pde = pmap_pde(pmap, va);
390         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
391                 return NULL;
392         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
393                 return ((pt_entry_t *)pde);
394         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
395 }
396
397 static __inline
398 pt_entry_t *
399 vtopte(vm_offset_t va)
400 {
401         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
402
403         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
404 }
405
406 static __inline
407 pd_entry_t *
408 vtopde(vm_offset_t va)
409 {
410         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
411
412         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
413 }
414
415 static uint64_t
416 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
417 {
418         uint64_t ret;
419
420         ret = *firstaddr;
421         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
422         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
423         return (ret);
424 }
425
426 static
427 void
428 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
429 {
430         long i;         /* must be 64 bits */
431
432         /*
433          * We are running (mostly) V=P at this point
434          *
435          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
436          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
437          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
438          *
439          * Maxmem is in pages.
440          */
441         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
442         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
443                 ndmpdp = 4;
444
445         nkpt = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
446         nkpt += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
447         nkpt += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E + ndmpdp) +
448                 511) / 512;
449         nkpt += 128;
450
451         /*
452          * Allocate pages
453          */
454         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt);
455         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
456         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
457         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
458
459         /*
460          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
461          * that is where we start populating the page table pages.
462          * Basically this is the end - 2.
463          */
464         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
465         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
466
467         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
468         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
469                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
470         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
471
472         /*
473          * Fill in the underlying page table pages for the area around
474          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
475          *
476          * Read-only from zero to physfree
477          * XXX not fully used, underneath 2M pages
478          */
479         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
480                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
481                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
482         }
483
484         /*
485          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
486          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
487          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
488          * data, bss, and initial pre-allocations.
489          */
490         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
491                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
492                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
493         }
494         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
495                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
496                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
497         }
498
499         /*
500          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
501          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
502          * above in the KERNBASE area.
503          */
504         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
505                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
506                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
507         }
508
509         /*
510          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
511          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
512          */
513         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
514                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
515                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
516                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
517                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
518         }
519
520         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
521         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
522         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
523                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
524                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
525                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
526                             PG_G | PG_M | PG_A;
527                 }
528                 /* And the direct map space's PDP */
529                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
530                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
531                             (i << PAGE_SHIFT);
532                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
533                 }
534         } else {
535                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
536                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
537                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
538                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
539                             PG_G | PG_M | PG_A;
540                 }
541         }
542
543         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
544         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
545         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
546
547         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
548         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
549         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
550
551         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
552         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
553         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
554 }
555
556 /*
557  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
558  *
559  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
560  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
561  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
562  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
563  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
564  *      (physical) address starting relative to 0]
565  */
566 void
567 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
568 {
569         vm_offset_t va;
570         pt_entry_t *pte;
571         struct mdglobaldata *gd;
572         int pg;
573
574         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
575         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
576         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
577
578         avail_start = *firstaddr;
579
580         /*
581          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
582          */
583         create_pagetables(firstaddr);
584
585         virtual2_start = KvaStart;
586         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
587
588         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
589         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
590
591         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
592
593         /* XXX do %cr0 as well */
594         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
595         load_cr3(KPML4phys);
596
597         /*
598          * Initialize protection array.
599          */
600         i386_protection_init();
601
602         /*
603          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
604          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
605          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
606          */
607         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
608         kernel_pmap.pm_count = 1;
609         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
610         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
611
612         /*
613          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
614          * mapping of pages.
615          */
616 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
617         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
618
619         va = virtual_start;
620         pte = vtopte(va);
621
622         /*
623          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
624          */
625         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
626
627         /*
628          * Crashdump maps.
629          */
630         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
631
632         /*
633          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
634          * /dev/mem.
635          */
636         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
637
638         /*
639          * msgbufp is used to map the system message buffer.
640          * XXX msgbufmap is not used.
641          */
642         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
643                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
644
645         virtual_start = va;
646
647         *CMAP1 = 0;
648
649         /*
650          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
651          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
652          * works under UP because self-referential page table mappings
653          */
654 #ifdef SMP
655         pgeflag = 0;
656 #else
657         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
658                 pgeflag = PG_G;
659 #endif
660         
661 /*
662  * Initialize the 4MB page size flag
663  */
664         pseflag = 0;
665 /*
666  * The 4MB page version of the initial
667  * kernel page mapping.
668  */
669         pdir4mb = 0;
670
671 #if !defined(DISABLE_PSE)
672         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
673                 pt_entry_t ptditmp;
674                 /*
675                  * Note that we have enabled PSE mode
676                  */
677                 pseflag = PG_PS;
678                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
679                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
680                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
681                 pdir4mb = ptditmp;
682
683 #ifndef SMP
684                 /*
685                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
686                  * now because the APs will not be able to use it when
687                  * they boot up.
688                  */
689                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
690
691                 /*
692                  * We can do the mapping here for the single processor
693                  * case.  We simply ignore the old page table page from
694                  * now on.
695                  */
696                 /*
697                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
698                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
699                  */
700                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
701                 cpu_invltlb();
702 #endif
703         }
704 #endif
705
706         /*
707          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
708          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
709          * portion.
710          */
711         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
712         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
713         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
714         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
715         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
716         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
717         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
718         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
719         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
720         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
721
722         cpu_invltlb();
723 }
724
725 #ifdef SMP
726 /*
727  * Set 4mb pdir for mp startup
728  */
729 void
730 pmap_set_opt(void)
731 {
732         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
733                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
734                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
735                         cpu_invltlb();
736                 }
737         }
738 }
739 #endif
740
741 /*
742  * XXX: Hack. Required by pmap_init()
743  */
744 extern vm_offset_t cpu_apic_addr;
745
746 /*
747  *      Initialize the pmap module.
748  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
749  *      system needs to map virtual memory.
750  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
751  *      way, discontiguous physical memory.
752  */
753 void
754 pmap_init(void)
755 {
756         int i;
757         int initial_pvs;
758
759         /*
760          * object for kernel page table pages
761          */
762         /* JG I think the number can be arbitrary */
763         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
764
765         /*
766          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
767          * pv_head_table.
768          */
769
770         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
771                 vm_page_t m;
772
773                 m = &vm_page_array[i];
774                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
775                 m->md.pv_list_count = 0;
776         }
777
778         /*
779          * init the pv free list
780          */
781         initial_pvs = vm_page_array_size;
782         if (initial_pvs < MINPV)
783                 initial_pvs = MINPV;
784         pvzone = &pvzone_store;
785         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
786                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
787         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
788                   pvinit, initial_pvs);
789
790         /*
791          * Now it is safe to enable pv_table recording.
792          */
793         pmap_initialized = TRUE;
794 #ifdef SMP
795         /*
796          * XXX: Hack 
797          */
798         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_addr, sizeof(struct LAPIC));
799 #endif
800 }
801
802 /*
803  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
804  * high water mark so that the system can recover from excessive
805  * numbers of pv entries.
806  */
807 void
808 pmap_init2(void)
809 {
810         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
811         int entry_max;
812
813         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
814         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
815         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
816         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
817
818         /*
819          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
820          */
821         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
822         if (entry_max <= 0)
823                 entry_max = 1;
824
825         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
826 }
827
828
829 /***************************************************
830  * Low level helper routines.....
831  ***************************************************/
832
833 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
834
835 /*
836  * This code checks for non-writeable/modified pages.
837  * This should be an invalid condition.
838  */
839 static
840 int
841 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
842 {
843         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
844                 return 1;
845         else
846                 return 0;
847 }
848 #endif
849
850
851 /*
852  * this routine defines the region(s) of memory that should
853  * not be tested for the modified bit.
854  */
855 static __inline
856 int
857 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
858 {
859         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
860                 return 1;
861         else
862                 return 0;
863 }
864
865 /*
866  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
867  *
868  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
869  */
870 vm_paddr_t 
871 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
872 {
873         vm_paddr_t rtval;
874         pt_entry_t *pte;
875         pd_entry_t pde, *pdep;
876
877         lwkt_gettoken(&vm_token);
878         rtval = 0;
879         pdep = pmap_pde(pmap, va);
880         if (pdep != NULL) {
881                 pde = *pdep;
882                 if (pde) {
883                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
884                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
885                         } else {
886                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
887                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
888                         }
889                 }
890         }
891         lwkt_reltoken(&vm_token);
892         return rtval;
893 }
894
895 /*
896  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
897  */
898 vm_paddr_t
899 pmap_kextract(vm_offset_t va)
900 {
901         pd_entry_t pde;
902         vm_paddr_t pa;
903
904         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
905                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
906         } else {
907                 pde = *vtopde(va);
908                 if (pde & PG_PS) {
909                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
910                 } else {
911                         /*
912                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
913                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
914                          * be used to access the PTE because it would use the
915                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
916                          * because the page table page is preserved by the
917                          * promotion.
918                          */
919                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
920                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
921                 }
922         }
923         return pa;
924 }
925
926 /***************************************************
927  * Low level mapping routines.....
928  ***************************************************/
929
930 /*
931  * Routine: pmap_kenter
932  * Function:
933  *      Add a wired page to the KVA
934  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
935  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
936  */
937 void 
938 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
939 {
940         pt_entry_t *pte;
941         pt_entry_t npte;
942         pmap_inval_info info;
943
944         pmap_inval_init(&info);
945         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
946         pte = vtopte(va);
947         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
948         *pte = npte;
949         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
950         pmap_inval_done(&info);
951 }
952
953 /*
954  * Routine: pmap_kenter_quick
955  * Function:
956  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
957  *      mapping on the current CPU.
958  */
959 void
960 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
961 {
962         pt_entry_t *pte;
963         pt_entry_t npte;
964
965         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
966         pte = vtopte(va);
967         *pte = npte;
968         cpu_invlpg((void *)va);
969 }
970
971 void
972 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
973 {
974         pmap_inval_info info;
975
976         pmap_inval_init(&info);
977         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
978         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
979         pmap_inval_done(&info);
980 }
981
982 void
983 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
984 {
985         cpu_invlpg((void *)va);
986 }
987
988 /*
989  * remove a page from the kernel pagetables
990  */
991 void
992 pmap_kremove(vm_offset_t va)
993 {
994         pt_entry_t *pte;
995         pmap_inval_info info;
996
997         pmap_inval_init(&info);
998         pte = vtopte(va);
999         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1000         *pte = 0;
1001         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1002         pmap_inval_done(&info);
1003 }
1004
1005 void
1006 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1007 {
1008         pt_entry_t *pte;
1009         pte = vtopte(va);
1010         *pte = 0;
1011         cpu_invlpg((void *)va);
1012 }
1013
1014 /*
1015  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1016  */
1017 void
1018 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1019 {
1020         *vtopte(va) |= PG_RW;
1021         cpu_invlpg((void *)va);
1022 }
1023
1024 void
1025 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1026 {
1027         *vtopte(va) |= PG_N;
1028         cpu_invlpg((void *)va);
1029 }
1030
1031 /*
1032  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1033  * address space during the low level boot, typically to map the
1034  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1035  *
1036  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1037  * kernel text+data.
1038  *
1039  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1040  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1041  * have access to the related pointers.
1042  */
1043 vm_offset_t
1044 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1045 {
1046         vm_offset_t va;
1047         vm_offset_t va_start;
1048
1049         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1050
1051         va_start = *virtp;
1052         va = va_start;
1053
1054         while (start < end) {
1055                 if ((start / PAGE_SIZE & 15) == 0)
1056                         kprintf("%p %p\n", (void *)va, (void *)start);
1057                 pmap_kenter_quick(va, start);
1058                 va += PAGE_SIZE;
1059                 start += PAGE_SIZE;
1060         }
1061         *virtp = va;
1062         return va_start;
1063 }
1064
1065
1066 /*
1067  * Add a list of wired pages to the kva
1068  * this routine is only used for temporary
1069  * kernel mappings that do not need to have
1070  * page modification or references recorded.
1071  * Note that old mappings are simply written
1072  * over.  The page *must* be wired.
1073  */
1074 void
1075 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1076 {
1077         vm_offset_t end_va;
1078
1079         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1080                 
1081         while (va < end_va) {
1082                 pt_entry_t *pte;
1083
1084                 pte = vtopte(va);
1085                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1086                 cpu_invlpg((void *)va);
1087                 va += PAGE_SIZE;
1088                 m++;
1089         }
1090         smp_invltlb();
1091 }
1092
1093 /*
1094  * This routine jerks page mappings from the
1095  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1096  *
1097  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1098  */
1099 void
1100 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1101 {
1102         vm_offset_t end_va;
1103
1104         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1105
1106         while (va < end_va) {
1107                 pt_entry_t *pte;
1108
1109                 pte = vtopte(va);
1110                 *pte = 0;
1111                 cpu_invlpg((void *)va);
1112                 va += PAGE_SIZE;
1113         }
1114         smp_invltlb();
1115 }
1116
1117 /*
1118  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1119  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1120  *
1121  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1122  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1123  * association remains valid on return.
1124  */
1125 static
1126 vm_page_t
1127 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1128 {
1129         vm_page_t m;
1130
1131         do {
1132                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1133         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1134
1135         return(m);
1136 }
1137
1138 /*
1139  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1140  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1141  */
1142 void
1143 pmap_init_thread(thread_t td)
1144 {
1145         /* enforce pcb placement & alignment */
1146         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1147         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1148         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1149         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1150 }
1151
1152 /*
1153  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1154  */
1155 void
1156 pmap_init_proc(struct proc *p)
1157 {
1158 }
1159
1160 /*
1161  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1162  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1163  */
1164 void
1165 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1166 {
1167         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1168 }
1169
1170 /***************************************************
1171  * Page table page management routines.....
1172  ***************************************************/
1173
1174 /*
1175  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1176  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1177  */
1178 static __inline
1179 int
1180 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1181                      pmap_inval_info_t info)
1182 {
1183         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1184         if (m->hold_count > 1) {
1185                 vm_page_unhold(m);
1186                 return 0;
1187         } else {
1188                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1189         }
1190 }
1191
1192 static
1193 int
1194 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1195                       pmap_inval_info_t info)
1196 {
1197         /* 
1198          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1199          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1200          * page so it cannot be freed out from under us.
1201          */
1202         if (m->flags & PG_BUSY) {
1203                 pmap_inval_flush(info);
1204                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1205                         ;
1206         }
1207         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1208                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1209
1210         /*
1211          * This case can occur if new references were acquired while
1212          * we were blocked.
1213          */
1214         if (m->hold_count > 1) {
1215                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1216                 vm_page_unhold(m);
1217                 return 0;
1218         }
1219
1220         /*
1221          * Unmap the page table page
1222          */
1223         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1224         vm_page_busy(m);
1225         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1226
1227         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1228                 /* PDP page */
1229                 pml4_entry_t *pml4;
1230                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1231                 *pml4 = 0;
1232         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1233                 /* PD page */
1234                 pdp_entry_t *pdp;
1235                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1236                 *pdp = 0;
1237         } else {
1238                 /* PT page */
1239                 pd_entry_t *pd;
1240                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1241                 *pd = 0;
1242         }
1243
1244         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1245         --pmap->pm_stats.resident_count;
1246
1247         if (pmap->pm_ptphint == m)
1248                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1249         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1250
1251         if (m->pindex < NUPDE) {
1252                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1253                 vm_page_t pdpg;
1254
1255                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1256                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1257         }
1258         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1259                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1260                 vm_page_t pdppg;
1261
1262                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1263                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1264         }
1265
1266         /*
1267          * This was our last hold, the page had better be unwired
1268          * after we decrement wire_count.
1269          *
1270          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1271          * multiple wire counts.
1272          */
1273         vm_page_unhold(m);
1274         --m->wire_count;
1275         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1276         --vmstats.v_wire_count;
1277         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1278         vm_page_flash(m);
1279         vm_page_free_zero(m);
1280
1281         return 1;
1282 }
1283
1284 /*
1285  * After removing a page table entry, this routine is used to
1286  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1287  */
1288 static
1289 int
1290 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1291                 pmap_inval_info_t info)
1292 {
1293         vm_pindex_t ptepindex;
1294
1295         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1296                 return 0;
1297
1298         if (mpte == NULL) {
1299                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1300 #if JGHINT
1301                 if (pmap->pm_ptphint &&
1302                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1303                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1304                 } else {
1305 #endif
1306                         pmap_inval_flush(info);
1307                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1308                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1309 #if JGHINT
1310                 }
1311 #endif
1312         }
1313         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1314 }
1315
1316 /*
1317  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1318  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1319  *
1320  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1321  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1322  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1323  */
1324 void
1325 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1326 {
1327         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1328         pmap->pm_count = 1;
1329         pmap->pm_active = 0;
1330         pmap->pm_ptphint = NULL;
1331         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1332         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1333 }
1334
1335 /*
1336  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1337  * such as one in a vmspace structure.
1338  */
1339 void
1340 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1341 {
1342         vm_page_t ptdpg;
1343
1344         /*
1345          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1346          * page directory table.
1347          */
1348         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1349                 pmap->pm_pml4 =
1350                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1351         }
1352
1353         /*
1354          * Allocate an object for the ptes
1355          */
1356         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1357                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1358
1359         /*
1360          * Allocate the page directory page, unless we already have
1361          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1362          * already be set appropriately.
1363          */
1364         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1365                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1366                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1367                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1368                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1369                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1370                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1371                         ++vmstats.v_wire_count;
1372                 ptdpg->wire_count = 1;
1373                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1374         }
1375         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1376                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1377 #ifdef PMAP_DEBUG
1378         else
1379                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1380 #endif
1381
1382         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1383         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1384
1385         /* install self-referential address mapping entry */
1386         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1387
1388         pmap->pm_count = 1;
1389         pmap->pm_active = 0;
1390         pmap->pm_ptphint = NULL;
1391         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1392         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1393         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1394 }
1395
1396 /*
1397  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1398  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1399  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1400  * of cleanup work to do here.
1401  */
1402 void
1403 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1404 {
1405         vm_page_t p;
1406
1407         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1408         lwkt_gettoken(&vm_token);
1409         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1410                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1411                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1412                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1413                 p->wire_count--;
1414                 vmstats.v_wire_count--;
1415                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1416                 vm_page_busy(p);
1417                 vm_page_free_zero(p);
1418                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1419         }
1420         if (pmap->pm_pml4) {
1421                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1422                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1423                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1424         }
1425         if (pmap->pm_pteobj) {
1426                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1427                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1428         }
1429         lwkt_reltoken(&vm_token);
1430 }
1431
1432 /*
1433  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1434  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1435  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1436  * then copies the template.
1437  */
1438 void
1439 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1440 {
1441         crit_enter();
1442         lwkt_gettoken(&vm_token);
1443         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1444         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1445         lwkt_reltoken(&vm_token);
1446         crit_exit();
1447 }
1448
1449 /*
1450  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1451  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1452  *
1453  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1454  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1455  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1456  */
1457 static
1458 int
1459 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1460 {
1461         /*
1462          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1463          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1464          * might as well be placed directly into the zero queue.
1465          */
1466         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1467                 return 0;
1468
1469         vm_page_busy(p);
1470
1471         /*
1472          * Remove the page table page from the processes address space.
1473          */
1474         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1475                 /*
1476                  * We are the pml4 table itself.
1477                  */
1478                 /* XXX anything to do here? */
1479         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1480                 /*
1481                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1482                  * hold counts on the PML4 page.
1483                  */
1484                 pml4_entry_t *pml4;
1485                 vm_page_t m4;
1486                 int idx;
1487
1488                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1489                 KKASSERT(m4 != NULL);
1490                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1491                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1492                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1493                 pml4[idx] = 0;
1494         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1495                 /*
1496                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1497                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1498                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1499                  * intact.
1500                  */
1501                 vm_page_t m3;
1502                 pdp_entry_t *pdp;
1503                 int idx;
1504
1505                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1506                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1507                 KKASSERT(m3 != NULL);
1508                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1509                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1510                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1511                 pdp[idx] = 0;
1512                 m3->hold_count--;
1513         } else {
1514                 /*
1515                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1516                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1517                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1518                  * intact.
1519                  */
1520                 vm_page_t m2;
1521                 pd_entry_t *pd;
1522                 int idx;
1523
1524                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1525                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1526                 KKASSERT(m2 != NULL);
1527                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1528                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1529                 pd[idx] = 0;
1530                 m2->hold_count--;
1531         }
1532
1533         /*
1534          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1535          * be zero.
1536          */
1537         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1538         --pmap->pm_stats.resident_count;
1539         if (p->hold_count)
1540                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1541         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1542                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1543
1544         /*
1545          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1546          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1547          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1548          */
1549         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1550                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1551                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1552                 vm_page_wakeup(p);
1553         } else {
1554                 p->wire_count--;
1555                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1556                 vmstats.v_wire_count--;
1557                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1558                 vm_page_free(p);
1559         }
1560         return 1;
1561 }
1562
1563 /*
1564  * This routine is called when various levels in the page table need to
1565  * be populated.  This routine cannot fail.
1566  */
1567 static
1568 vm_page_t
1569 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1570 {
1571         vm_page_t m;
1572
1573         /*
1574          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1575          */
1576         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1577                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1578         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1579                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1580         }
1581 #ifdef PMAP_DEBUG
1582         else {
1583                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1584         }
1585 #endif
1586
1587         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1588                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1589
1590         /*
1591          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1592          * the caller.
1593          */
1594         m->hold_count++;
1595         if (m->wire_count++ == 0)
1596                 vmstats.v_wire_count++;
1597         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1598         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1599
1600         /*
1601          * Map the pagetable page into the process address space, if
1602          * it isn't already there.
1603          *
1604          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1605          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1606          * return the held page.
1607          */
1608         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1609                 /*
1610                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1611                  */
1612                 vm_pindex_t pml4index;
1613                 pml4_entry_t *pml4;
1614
1615                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1616                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1617                 if (*pml4 & PG_V) {
1618                         if (--m->wire_count == 0)
1619                                 --vmstats.v_wire_count;
1620                         vm_page_wakeup(m);
1621                         return(m);
1622                 }
1623                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1624         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1625                 /*
1626                  * Wire up a new PD page in the PDP
1627                  */
1628                 vm_pindex_t pml4index;
1629                 vm_pindex_t pdpindex;
1630                 vm_page_t pdppg;
1631                 pml4_entry_t *pml4;
1632                 pdp_entry_t *pdp;
1633
1634                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1635                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1636
1637                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1638                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1639                         /*
1640                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1641                          * This always succeeds.  Returned page will
1642                          * be held.
1643                          */
1644                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1645                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1646                 } else {
1647                         /*
1648                          * Add a held reference to the PDP page.
1649                          */
1650                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1651                         pdppg->hold_count++;
1652                 }
1653
1654                 /*
1655                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1656                  * has already been mapped unwind and return the
1657                  * already-mapped PDP held.
1658                  *
1659                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1660                  * each PD in the PDP).
1661                  */
1662                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1663                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1664                 if (*pdp & PG_V) {
1665                         vm_page_unhold(pdppg);
1666                         if (--m->wire_count == 0)
1667                                 --vmstats.v_wire_count;
1668                         vm_page_wakeup(m);
1669                         return(m);
1670                 }
1671                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1672         } else {
1673                 /*
1674                  * Wire up the new PT page in the PD
1675                  */
1676                 vm_pindex_t pml4index;
1677                 vm_pindex_t pdpindex;
1678                 pml4_entry_t *pml4;
1679                 pdp_entry_t *pdp;
1680                 pd_entry_t *pd;
1681                 vm_page_t pdpg;
1682
1683                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1684                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1685
1686                 /*
1687                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1688                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1689                  * to allocate them.
1690                  *
1691                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1692                  * on the PDP if necessary.
1693                  */
1694                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1695                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1696                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1697                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1698                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1699                 } else {
1700                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1701                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1702                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1703                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1704                         } else {
1705                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1706                                 pdpg->hold_count++;
1707                         }
1708                 }
1709
1710                 /*
1711                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1712                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1713                  * m, returning a held m.
1714                  *
1715                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1716                  * each PT in the PD).
1717                  */
1718                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1719                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1720                 if (*pd != 0) {
1721                         vm_page_unhold(pdpg);
1722                         if (--m->wire_count == 0)
1723                                 --vmstats.v_wire_count;
1724                         vm_page_wakeup(m);
1725                         return(m);
1726                 }
1727                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1728         }
1729
1730         /*
1731          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1732          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1733          */
1734         pmap->pm_ptphint = m;
1735         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1736
1737 #if 0
1738         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1739         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1740 #endif
1741         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1742         vm_page_wakeup(m);
1743
1744         return (m);
1745 }
1746
1747 static
1748 vm_page_t
1749 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1750 {
1751         vm_pindex_t ptepindex;
1752         pd_entry_t *pd;
1753         vm_page_t m;
1754
1755         /*
1756          * Calculate pagetable page index
1757          */
1758         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1759
1760         /*
1761          * Get the page directory entry
1762          */
1763         pd = pmap_pde(pmap, va);
1764
1765         /*
1766          * This supports switching from a 2MB page to a
1767          * normal 4K page.
1768          */
1769         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1770                 panic("no promotion/demotion yet");
1771                 *pd = 0;
1772                 pd = NULL;
1773                 cpu_invltlb();
1774                 smp_invltlb();
1775         }
1776
1777         /*
1778          * If the page table page is mapped, we just increment the
1779          * hold count, and activate it.
1780          */
1781         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1782                 /* YYY hint is used here on i386 */
1783                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1784                 pmap->pm_ptphint = m;
1785                 m->hold_count++;
1786                 return m;
1787         }
1788         /*
1789          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1790          */
1791         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1792 }
1793
1794
1795 /***************************************************
1796  * Pmap allocation/deallocation routines.
1797  ***************************************************/
1798
1799 /*
1800  * Release any resources held by the given physical map.
1801  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1802  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1803  */
1804 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1805
1806 void
1807 pmap_release(struct pmap *pmap)
1808 {
1809         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1810         struct rb_vm_page_scan_info info;
1811
1812         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1813 #if defined(DIAGNOSTIC)
1814         if (object->ref_count != 1)
1815                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1816 #endif
1817         
1818         info.pmap = pmap;
1819         info.object = object;
1820         crit_enter();
1821         lwkt_gettoken(&vm_token);
1822         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1823         crit_exit();
1824
1825         do {
1826                 crit_enter();
1827                 info.error = 0;
1828                 info.mpte = NULL;
1829                 info.limit = object->generation;
1830
1831                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1832                                         pmap_release_callback, &info);
1833                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1834                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1835                                 info.error = 1;
1836                 }
1837                 crit_exit();
1838         } while (info.error);
1839         lwkt_reltoken(&vm_token);
1840 }
1841
1842 static
1843 int
1844 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1845 {
1846         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1847
1848         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1849                 info->mpte = p;
1850                 return(0);
1851         }
1852         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1853                 info->error = 1;
1854                 return(-1);
1855         }
1856         if (info->object->generation != info->limit) {
1857                 info->error = 1;
1858                 return(-1);
1859         }
1860         return(0);
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1865  *
1866  * This routine is always called to validate any address space
1867  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
1868  * space below KERNBASE.
1869  */
1870 void
1871 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
1872 {
1873         vm_paddr_t paddr;
1874         vm_offset_t ptppaddr;
1875         vm_page_t nkpg;
1876         pd_entry_t *pde, newpdir;
1877         pdp_entry_t newpdp;
1878         int update_kernel_vm_end;
1879
1880         crit_enter();
1881         lwkt_gettoken(&vm_token);
1882
1883         /*
1884          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
1885          */
1886         if (kernel_vm_end == 0) {
1887                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1888                 nkpt = 0;
1889                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1890                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1891                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1892                         nkpt++;
1893                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1894                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1895                                 break;                       
1896                         }
1897                 }
1898         }
1899
1900         /*
1901          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
1902          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
1903          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
1904          */
1905         if (kstart < KERNBASE) {
1906                 if (kstart > kernel_vm_end)
1907                         kstart = kernel_vm_end;
1908                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
1909                 update_kernel_vm_end = 1;
1910         } else {
1911                 update_kernel_vm_end = 0;
1912         }
1913
1914         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1915         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1916
1917         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
1918                 kend = kernel_map.max_offset;
1919
1920         while (kstart < kend) {
1921                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kstart);
1922                 if (pde == NULL) {
1923                         /* We need a new PDP entry */
1924                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1925                                              VM_ALLOC_NORMAL |
1926                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
1927                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
1928                         if (nkpg == NULL) {
1929                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
1930                                       "kernel");
1931                         }
1932                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1933                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1934                                 pmap_zero_page(paddr);
1935                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1936                         newpdp = (pdp_entry_t)
1937                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1938                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kstart) = newpdp;
1939                         nkpt++;
1940                         continue; /* try again */
1941                 }
1942                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1943                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1944                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1945                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1946                                 kstart = kernel_map.max_offset;
1947                                 break;                       
1948                         }
1949                         continue;
1950                 }
1951
1952                 /*
1953                  * This index is bogus, but out of the way
1954                  */
1955                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1956                                      VM_ALLOC_NORMAL |
1957                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
1958                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
1959                 if (nkpg == NULL)
1960                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1961
1962                 vm_page_wire(nkpg);
1963                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1964                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1965                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1966                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1967                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kstart) = newpdir;
1968                 nkpt++;
1969
1970                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1971                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1972
1973                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1974                         kstart = kernel_map.max_offset;
1975                         break;                       
1976                 }
1977         }
1978
1979         /*
1980          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
1981          */
1982         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
1983                 kernel_vm_end = kstart;
1984
1985         lwkt_reltoken(&vm_token);
1986         crit_exit();
1987 }
1988
1989 /*
1990  *      Retire the given physical map from service.
1991  *      Should only be called if the map contains
1992  *      no valid mappings.
1993  */
1994 void
1995 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1996 {
1997         int count;
1998
1999         if (pmap == NULL)
2000                 return;
2001
2002         lwkt_gettoken(&vm_token);
2003         count = --pmap->pm_count;
2004         if (count == 0) {
2005                 pmap_release(pmap);
2006                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
2007         }
2008         lwkt_reltoken(&vm_token);
2009 }
2010
2011 /*
2012  *      Add a reference to the specified pmap.
2013  */
2014 void
2015 pmap_reference(pmap_t pmap)
2016 {
2017         if (pmap != NULL) {
2018                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2019                 pmap->pm_count++;
2020                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2021         }
2022 }
2023
2024 /***************************************************
2025 * page management routines.
2026  ***************************************************/
2027
2028 /*
2029  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
2030  * called from an interrupt.
2031  */
2032 static __inline
2033 void
2034 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
2035 {
2036         pv_entry_count--;
2037         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
2038         zfree(pvzone, pv);
2039 }
2040
2041 /*
2042  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2043  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
2044  */
2045 static
2046 pv_entry_t
2047 get_pv_entry(void)
2048 {
2049         pv_entry_count++;
2050         if (pv_entry_high_water &&
2051                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
2052                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
2053                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
2054                 wakeup(&vm_pages_needed);
2055         }
2056         return zalloc(pvzone);
2057 }
2058
2059 /*
2060  * This routine is very drastic, but can save the system
2061  * in a pinch.
2062  */
2063 void
2064 pmap_collect(void)
2065 {
2066         int i;
2067         vm_page_t m;
2068         static int warningdone=0;
2069
2070         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2071                 return;
2072         lwkt_gettoken(&vm_token);
2073         if (warningdone < 5) {
2074                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2075                 warningdone++;
2076         }
2077
2078         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2079                 m = &vm_page_array[i];
2080                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
2081                     (m->flags & PG_BUSY))
2082                         continue;
2083                 pmap_remove_all(m);
2084         }
2085         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2086         lwkt_reltoken(&vm_token);
2087 }
2088         
2089
2090 /*
2091  * If it is the first entry on the list, it is actually
2092  * in the header and we must copy the following entry up
2093  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2094  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2095  */
2096 static
2097 int
2098 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2099                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2100 {
2101         pv_entry_t pv;
2102         int rtval;
2103
2104         crit_enter();
2105         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2106                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2107                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2108                                 break;
2109                 }
2110         } else {
2111                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2112                         if (va == pv->pv_va) 
2113                                 break;
2114                 }
2115         }
2116
2117         rtval = 0;
2118         KKASSERT(pv);
2119
2120         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2121         m->md.pv_list_count--;
2122         m->object->agg_pv_list_count--;
2123         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2124         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2125                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2126         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2127         ++pmap->pm_generation;
2128         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2129         free_pv_entry(pv);
2130
2131         crit_exit();
2132         return rtval;
2133 }
2134
2135 /*
2136  * Create a pv entry for page at pa for
2137  * (pmap, va).
2138  */
2139 static
2140 void
2141 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2142 {
2143         pv_entry_t pv;
2144
2145         crit_enter();
2146         pv = get_pv_entry();
2147         pv->pv_va = va;
2148         pv->pv_pmap = pmap;
2149         pv->pv_ptem = mpte;
2150
2151         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2152         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2153         ++pmap->pm_generation;
2154         m->md.pv_list_count++;
2155         m->object->agg_pv_list_count++;
2156
2157         crit_exit();
2158 }
2159
2160 /*
2161  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2162  */
2163 static
2164 int
2165 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2166         pmap_inval_info_t info)
2167 {
2168         pt_entry_t oldpte;
2169         vm_page_t m;
2170
2171         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2172         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2173         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2174         if (oldpte & PG_W)
2175                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2176         /*
2177          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2178          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2179          * the SMP case.
2180          */
2181         if (oldpte & PG_G)
2182                 cpu_invlpg((void *)va);
2183         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2184         --pmap->pm_stats.resident_count;
2185         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2186                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2187                 if (oldpte & PG_M) {
2188 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2189                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2190                                 kprintf(
2191         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2192                                     va, oldpte);
2193                         }
2194 #endif
2195                         if (pmap_track_modified(va))
2196                                 vm_page_dirty(m);
2197                 }
2198                 if (oldpte & PG_A)
2199                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2200                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2201         } else {
2202                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2203         }
2204
2205         return 0;
2206 }
2207
2208 /*
2209  * pmap_remove_page:
2210  *
2211  *      Remove a single page from a process address space.
2212  *
2213  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2214  *      not kernel_pmap.
2215  */
2216 static
2217 void
2218 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2219 {
2220         pt_entry_t *pte;
2221
2222         pte = pmap_pte(pmap, va);
2223         if (pte == NULL)
2224                 return;
2225         if ((*pte & PG_V) == 0)
2226                 return;
2227         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2228 }
2229
2230 /*
2231  * pmap_remove:
2232  *
2233  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2234  *
2235  *      It is assumed that the start and end are properly
2236  *      rounded to the page size.
2237  *
2238  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2239  *      not kernel_pmap.
2240  */
2241 void
2242 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2243 {
2244         vm_offset_t va_next;
2245         pml4_entry_t *pml4e;
2246         pdp_entry_t *pdpe;
2247         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2248         pt_entry_t *pte;
2249         struct pmap_inval_info info;
2250
2251         if (pmap == NULL)
2252                 return;
2253
2254         lwkt_gettoken(&vm_token);
2255         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2256                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2257                 return;
2258         }
2259
2260         pmap_inval_init(&info);
2261
2262         /*
2263          * special handling of removing one page.  a very
2264          * common operation and easy to short circuit some
2265          * code.
2266          */
2267         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2268                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2269                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2270                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2271                         pmap_inval_done(&info);
2272                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2273                         return;
2274                 }
2275         }
2276
2277         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2278                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2279                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2280                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2281                         if (va_next < sva)
2282                                 va_next = eva;
2283                         continue;
2284                 }
2285
2286                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2287                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2288                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2289                         if (va_next < sva)
2290                                 va_next = eva;
2291                         continue;
2292                 }
2293
2294                 /*
2295                  * Calculate index for next page table.
2296                  */
2297                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2298                 if (va_next < sva)
2299                         va_next = eva;
2300
2301                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2302                 ptpaddr = *pde;
2303
2304                 /*
2305                  * Weed out invalid mappings.
2306                  */
2307                 if (ptpaddr == 0)
2308                         continue;
2309
2310                 /*
2311                  * Check for large page.
2312                  */
2313                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2314                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2315                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2316                         *pde = 0;
2317                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2318                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2319                         continue;
2320                 }
2321
2322                 /*
2323                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2324                  * by the current page table page, or to the end of the
2325                  * range being removed.
2326                  */
2327                 if (va_next > eva)
2328                         va_next = eva;
2329
2330                 /*
2331                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2332                  */
2333                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2334                     sva += PAGE_SIZE) {
2335                         if (*pte == 0)
2336                                 continue;
2337                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2338                                 break;
2339                 }
2340         }
2341         pmap_inval_done(&info);
2342         lwkt_reltoken(&vm_token);
2343 }
2344
2345 /*
2346  * pmap_remove_all:
2347  *
2348  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2349  *      Reflects back modify bits to the pager.
2350  *
2351  *      This routine may not be called from an interrupt.
2352  */
2353
2354 static
2355 void
2356 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2357 {
2358         struct pmap_inval_info info;
2359         pt_entry_t *pte, tpte;
2360         pv_entry_t pv;
2361
2362         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2363                 return;
2364
2365         lwkt_gettoken(&vm_token);
2366         pmap_inval_init(&info);
2367         crit_enter();
2368         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2369                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2370                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2371
2372                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2373                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2374                 tpte = pte_load_clear(pte);
2375                 if (tpte & PG_W)
2376                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2377                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2378                 if (tpte & PG_A)
2379                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2380
2381                 /*
2382                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2383                  */
2384                 if (tpte & PG_M) {
2385 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2386                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2387                                 kprintf(
2388         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2389                                     pv->pv_va, tpte);
2390                         }
2391 #endif
2392                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2393                                 vm_page_dirty(m);
2394                 }
2395                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2396                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2397                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2398                 m->md.pv_list_count--;
2399                 m->object->agg_pv_list_count--;
2400                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2401                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2402                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2403                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2404                 free_pv_entry(pv);
2405         }
2406         crit_exit();
2407         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2408         pmap_inval_done(&info);
2409         lwkt_reltoken(&vm_token);
2410 }
2411
2412 /*
2413  * pmap_protect:
2414  *
2415  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2416  *      as requested.
2417  *
2418  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2419  *      not the kernel_pmap.
2420  */
2421 void
2422 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2423 {
2424         vm_offset_t va_next;
2425         pml4_entry_t *pml4e;
2426         pdp_entry_t *pdpe;
2427         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2428         pt_entry_t *pte;
2429         pmap_inval_info info;
2430
2431         /* JG review for NX */
2432
2433         if (pmap == NULL)
2434                 return;
2435
2436         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2437                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2438                 return;
2439         }
2440
2441         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2442                 return;
2443
2444         lwkt_gettoken(&vm_token);
2445         pmap_inval_init(&info);
2446
2447         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2448
2449                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2450                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2451                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2452                         if (va_next < sva)
2453                                 va_next = eva;
2454                         continue;
2455                 }
2456
2457                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2458                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2459                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2460                         if (va_next < sva)
2461                                 va_next = eva;
2462                         continue;
2463                 }
2464
2465                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2466                 if (va_next < sva)
2467                         va_next = eva;
2468
2469                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2470                 ptpaddr = *pde;
2471
2472                 /*
2473                  * Check for large page.
2474                  */
2475                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2476                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2477                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2478                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2479                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2480                         continue;
2481                 }
2482
2483                 /*
2484                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2485                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2486                  */
2487                 if (ptpaddr == 0)
2488                         continue;
2489
2490                 if (va_next > eva)
2491                         va_next = eva;
2492
2493                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2494                      sva += PAGE_SIZE) {
2495                         pt_entry_t pbits;
2496                         pt_entry_t cbits;
2497                         vm_page_t m;
2498
2499                         /*
2500                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2501                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2502                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2503                          * pmap_inval_add() call).
2504                          */
2505                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2506 again:
2507                         pbits = *pte;
2508                         cbits = pbits;
2509                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2510                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2511                                 continue;
2512                         }
2513                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2514                                 m = NULL;
2515                                 if (pbits & PG_A) {
2516                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2517                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2518                                         cbits &= ~PG_A;
2519                                 }
2520                                 if (pbits & PG_M) {
2521                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2522                                                 if (m == NULL)
2523                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2524                                                 vm_page_dirty(m);
2525                                                 cbits &= ~PG_M;
2526                                         }
2527                                 }
2528                         }
2529                         cbits &= ~PG_RW;
2530                         if (pbits != cbits &&
2531                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2532                                 goto again;
2533                         }
2534                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2535                 }
2536         }
2537         pmap_inval_done(&info);
2538         lwkt_reltoken(&vm_token);
2539 }
2540
2541 /*
2542  *      Insert the given physical page (p) at
2543  *      the specified virtual address (v) in the
2544  *      target physical map with the protection requested.
2545  *
2546  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2547  *      that the related pte can not be reclaimed.
2548  *
2549  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2550  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2551  *      insert this page into the given map NOW.
2552  */
2553 void
2554 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2555            boolean_t wired)
2556 {
2557         vm_paddr_t pa;
2558         pd_entry_t *pde;
2559         pt_entry_t *pte;
2560         vm_paddr_t opa;
2561         pt_entry_t origpte, newpte;
2562         vm_page_t mpte;
2563         pmap_inval_info info;
2564
2565         if (pmap == NULL)
2566                 return;
2567
2568         va = trunc_page(va);
2569 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2570         if (va >= KvaEnd)
2571                 panic("pmap_enter: toobig");
2572         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2573                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2574 #endif
2575         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2576                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2577 #ifdef DDB
2578                 db_print_backtrace();
2579 #endif
2580         }
2581         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2582                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2583 #ifdef DDB
2584                 db_print_backtrace();
2585 #endif
2586         }
2587
2588         lwkt_gettoken(&vm_token);
2589
2590         /*
2591          * In the case that a page table page is not
2592          * resident, we are creating it here.
2593          */
2594         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2595                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2596         else
2597                 mpte = NULL;
2598
2599         pmap_inval_init(&info);
2600         pde = pmap_pde(pmap, va);
2601         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2602                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2603                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2604                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2605         } else
2606                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2607
2608         KKASSERT(pte != NULL);
2609         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2610         origpte = *pte;
2611         opa = origpte & PG_FRAME;
2612
2613         /*
2614          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2615          */
2616         if (origpte && (opa == pa)) {
2617                 /*
2618                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2619                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2620                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2621                  * the PT page will be also.
2622                  */
2623                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2624                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2625                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2626                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2627
2628 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2629                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2630                         kprintf(
2631         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2632                             va, origpte);
2633                 }
2634 #endif
2635
2636                 /*
2637                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2638                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2639                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2640                  * bits below.
2641                  */
2642                 if (mpte)
2643                         mpte->hold_count--;
2644
2645                 /*
2646                  * We might be turning off write access to the page,
2647                  * so we go ahead and sense modify status.
2648                  */
2649                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2650                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2651                                 vm_page_t om;
2652                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2653                                 vm_page_dirty(om);
2654                         }
2655                         pa |= PG_MANAGED;
2656                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2657                 }
2658                 goto validate;
2659         } 
2660         /*
2661          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2662          * handle validating new mapping.
2663          */
2664         while (opa) {
2665                 int err;
2666                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2667                 if (err)
2668                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2669                 origpte = *pte;
2670                 opa = origpte & PG_FRAME;
2671                 if (opa) {
2672                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2673                                 pmap, (void *)va);
2674                 }
2675         }
2676
2677         /*
2678          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2679          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2680          * called at interrupt time.
2681          */
2682         if (pmap_initialized && 
2683             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2684                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2685                 pa |= PG_MANAGED;
2686                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2687         }
2688
2689         /*
2690          * Increment counters
2691          */
2692         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2693         if (wired)
2694                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2695
2696 validate:
2697         /*
2698          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2699          */
2700         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2701
2702         if (wired)
2703                 newpte |= PG_W;
2704         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2705                 newpte |= PG_U;
2706         if (pmap == &kernel_pmap)
2707                 newpte |= pgeflag;
2708
2709         /*
2710          * if the mapping or permission bits are different, we need
2711          * to update the pte.
2712          */
2713         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2714                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2715                 *pte = newpte | PG_A;
2716                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2717                 if (newpte & PG_RW)
2718                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2719         }
2720         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2721         pmap_inval_done(&info);
2722         lwkt_reltoken(&vm_token);
2723 }
2724
2725 /*
2726  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2727  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2728  * VA.
2729  *
2730  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2731  */
2732 void
2733 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2734 {
2735         pt_entry_t *pte;
2736         vm_paddr_t pa;
2737         vm_page_t mpte;
2738         vm_pindex_t ptepindex;
2739         pd_entry_t *ptepa;
2740         pmap_inval_info info;
2741
2742         lwkt_gettoken(&vm_token);
2743         pmap_inval_init(&info);
2744
2745         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2746                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2747 #ifdef DDB
2748                 db_print_backtrace();
2749 #endif
2750         }
2751         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2752                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2753 #ifdef DDB
2754                 db_print_backtrace();
2755 #endif
2756         }
2757
2758         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2759
2760         /*
2761          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2762          *
2763          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2764          * section following.
2765          */
2766         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2767                 /*
2768                  * Calculate pagetable page index
2769                  */
2770                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2771
2772                 do {
2773                         /*
2774                          * Get the page directory entry
2775                          */
2776                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2777
2778                         /*
2779                          * If the page table page is mapped, we just increment
2780                          * the hold count, and activate it.
2781                          */
2782                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2783                                 if (*ptepa & PG_PS)
2784                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2785 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2786 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2787 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2788 //                              } else {
2789                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2790                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2791 //                              }
2792                                 if (mpte)
2793                                         mpte->hold_count++;
2794                         } else {
2795                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2796                         }
2797                 } while (mpte == NULL);
2798         } else {
2799                 mpte = NULL;
2800                 /* this code path is not yet used */
2801         }
2802
2803         /*
2804          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2805          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2806          * we do not disturb it.
2807          */
2808         pte = vtopte(va);
2809         if (*pte & PG_V) {
2810                 if (mpte)
2811                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2812                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2813                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2814                 pmap_inval_done(&info);
2815                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2816                 return;
2817         }
2818
2819         /*
2820          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2821          */
2822         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2823                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2824                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2825         }
2826
2827         /*
2828          * Increment counters
2829          */
2830         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2831
2832         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2833
2834         /*
2835          * Now validate mapping with RO protection
2836          */
2837         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2838                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2839         else
2840                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2841 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2842         pmap_inval_done(&info);
2843         lwkt_reltoken(&vm_token);
2844 }
2845
2846 /*
2847  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2848  * to be used for panic dumps.
2849  */
2850 /* JG Needed on x86_64? */
2851 void *
2852 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
2853 {
2854         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2855         return ((void *)crashdumpmap);
2856 }
2857
2858 #define MAX_INIT_PT (96)
2859
2860 /*
2861  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2862  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2863  * immediately after an mmap.
2864  */
2865 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2866
2867 void
2868 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2869                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2870                     vm_size_t size, int limit)
2871 {
2872         struct rb_vm_page_scan_info info;
2873         struct lwp *lp;
2874         vm_size_t psize;
2875
2876         /*
2877          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2878          * or object.
2879          */
2880         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2881                 return;
2882
2883         /*
2884          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2885          */
2886         lp = curthread->td_lwp;
2887         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2888                 return;
2889
2890         psize = x86_64_btop(size);
2891
2892         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2893                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2894                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2895                 return;
2896         }
2897
2898         if (psize + pindex > object->size) {
2899                 if (object->size < pindex)
2900                         return;           
2901                 psize = object->size - pindex;
2902         }
2903
2904         if (psize == 0)
2905                 return;
2906
2907         /*
2908          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2909          * any valid pages found into the pmap.
2910          *
2911          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2912          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2913          */
2914         info.start_pindex = pindex;
2915         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2916         info.limit = limit;
2917         info.mpte = NULL;
2918         info.addr = addr;
2919         info.pmap = pmap;
2920
2921         crit_enter();
2922         lwkt_gettoken(&vm_token);
2923         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2924                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2925         lwkt_reltoken(&vm_token);
2926         crit_exit();
2927 }
2928
2929 static
2930 int
2931 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2932 {
2933         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2934         vm_pindex_t rel_index;
2935         /*
2936          * don't allow an madvise to blow away our really
2937          * free pages allocating pv entries.
2938          */
2939         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2940                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2941                     return(-1);
2942         }
2943         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2944             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2945                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2946                         vm_page_deactivate(p);
2947                 vm_page_busy(p);
2948                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2949                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2950                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2951                 vm_page_wakeup(p);
2952         }
2953         return(0);
2954 }
2955
2956 /*
2957  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2958  * pre-fault the specified address.
2959  *
2960  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2961  * pte is already loaded into the slot.
2962  */
2963 int
2964 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2965 {
2966         pt_entry_t *pte;
2967         pd_entry_t *pde;
2968         int ret;
2969
2970         lwkt_gettoken(&vm_token);
2971         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2972         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2973                 ret = 0;
2974         } else {
2975                 pte = vtopte(addr);
2976                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2977         }
2978         lwkt_reltoken(&vm_token);
2979         return(ret);
2980 }
2981
2982 /*
2983  *      Routine:        pmap_change_wiring
2984  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2985  *                      pair.
2986  *      In/out conditions:
2987  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2988  */
2989 void
2990 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2991 {
2992         pt_entry_t *pte;
2993
2994         if (pmap == NULL)
2995                 return;
2996
2997         lwkt_gettoken(&vm_token);
2998         pte = pmap_pte(pmap, va);
2999
3000         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
3001                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3002         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
3003                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3004
3005         /*
3006          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3007          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
3008          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
3009          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
3010          * wiring changes.
3011          */
3012 #ifdef SMP
3013         if (wired)
3014                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3015         else
3016                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3017 #else
3018         if (wired)
3019                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
3020         else
3021                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
3022 #endif
3023         lwkt_reltoken(&vm_token);
3024 }
3025
3026
3027
3028 /*
3029  *      Copy the range specified by src_addr/len
3030  *      from the source map to the range dst_addr/len
3031  *      in the destination map.
3032  *
3033  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3034  */
3035 void
3036 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
3037           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
3038 {
3039         return;
3040 #if 0
3041         pmap_inval_info info;
3042         vm_offset_t addr;
3043         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3044         vm_offset_t pdnxt;
3045         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
3046         vm_page_t m;
3047
3048         if (dst_addr != src_addr)
3049                 return;
3050 #if JGPMAP32
3051         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3052         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
3053                 return;
3054         }
3055
3056         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3057         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
3058                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
3059                 /* The page directory is not shared between CPUs */
3060                 cpu_invltlb();
3061         }
3062 #endif
3063         pmap_inval_init(&info);
3064         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
3065         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
3066
3067         /*
3068          * critical section protection is required to maintain the page/object
3069          * association, interrupts can free pages and remove them from 
3070          * their objects.
3071          */
3072         crit_enter();
3073         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3074                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3075                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3076                 vm_offset_t srcptepaddr;
3077                 vm_pindex_t ptepindex;
3078
3079                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3080                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3081
3082                 /*
3083                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3084                  * way below the low water mark of free pages or way
3085                  * above high water mark of used pv entries.
3086                  */
3087                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3088                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3089                         break;
3090                 
3091                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3092                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3093
3094 #if JGPMAP32
3095                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3096 #endif
3097                 if (srcptepaddr == 0)
3098                         continue;
3099                         
3100                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3101 #if JGPMAP32
3102                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3103                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3104                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3105                         }
3106 #endif
3107                         continue;
3108                 }
3109
3110                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3111                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3112                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3113                         continue;
3114                 }
3115
3116                 if (pdnxt > end_addr)
3117                         pdnxt = end_addr;
3118
3119                 src_pte = vtopte(addr);
3120 #if JGPMAP32
3121                 dst_pte = avtopte(addr);
3122 #endif
3123                 while (addr < pdnxt) {
3124                         pt_entry_t ptetemp;
3125
3126                         ptetemp = *src_pte;
3127                         /*
3128                          * we only virtual copy managed pages
3129                          */
3130                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3131                                 /*
3132                                  * We have to check after allocpte for the
3133                                  * pte still being around...  allocpte can
3134                                  * block.
3135                                  *
3136                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3137                                  * our page directory mappings we stop.
3138                                  */
3139                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3140
3141 #if JGPMAP32
3142                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3143                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3144                                 ) {
3145                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3146                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3147                                         goto failed;
3148                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3149                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3150                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3151                                         /*
3152                                          * Clear the modified and
3153                                          * accessed (referenced) bits
3154                                          * during the copy.
3155                                          */
3156                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3157                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3158                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3159                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3160                                                 dstmpte, m);
3161                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3162                                 } else {
3163                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3164                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3165                                         goto failed;
3166                                 }
3167 #endif
3168                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3169                                         break;
3170                         }
3171                         addr += PAGE_SIZE;
3172                         src_pte++;
3173                         dst_pte++;
3174                 }
3175         }
3176 failed:
3177         crit_exit();
3178         pmap_inval_done(&info);
3179 #endif
3180 }       
3181
3182 /*
3183  * pmap_zero_page:
3184  *
3185  *      Zero the specified physical page.
3186  *
3187  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3188  *      required.
3189  */
3190 void
3191 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3192 {
3193         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3194
3195         pagezero((void *)va);
3196 }
3197
3198 /*
3199  * pmap_page_assertzero:
3200  *
3201  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3202  */
3203 void
3204 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3205 {
3206         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3207         size_t i;
3208
3209         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3210                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
3211                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
3212                               (void *)(intptr_t)va);
3213                 }
3214         }
3215 }
3216
3217 /*
3218  * pmap_zero_page:
3219  *
3220  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3221  *      its contents with bzero.
3222  *
3223  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3224  */
3225 void
3226 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3227 {
3228         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3229
3230         bzero((char *)virt + off, size);
3231 }
3232
3233 /*
3234  * pmap_copy_page:
3235  *
3236  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3237  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3238  *      is required.
3239  */
3240 void
3241 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3242 {
3243         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3244
3245         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3246         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3247         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3248 }
3249
3250 /*
3251  * pmap_copy_page_frag:
3252  *
3253  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3254  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3255  *      is required.
3256  */
3257 void
3258 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3259 {
3260         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3261
3262         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3263         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3264
3265         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3266               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3267               bytes);
3268 }
3269
3270 /*
3271  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3272  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3273  * be changed upwards or downwards in the future; it
3274  * is only necessary that true be returned for a small
3275  * subset of pmaps for proper page aging.
3276  */
3277 boolean_t
3278 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3279 {
3280         pv_entry_t pv;
3281         int loops = 0;
3282
3283         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3284                 return FALSE;
3285
3286         crit_enter();
3287         lwkt_gettoken(&vm_token);
3288
3289         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3290                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3291                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3292                         crit_exit();
3293                         return TRUE;
3294                 }
3295                 loops++;
3296                 if (loops >= 16)
3297                         break;
3298         }
3299         lwkt_reltoken(&vm_token);
3300         crit_exit();
3301         return (FALSE);
3302 }
3303
3304 /*
3305  * Remove all pages from specified address space
3306  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3307  * is special cased for current process only, but
3308  * can have the more generic (and slightly slower)
3309  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3310  * in the case of running down an entire address space.
3311  */
3312 void
3313 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3314 {
3315         struct lwp *lp;
3316         pt_entry_t *pte, tpte;
3317         pv_entry_t pv, npv;
3318         vm_page_t m;
3319         pmap_inval_info info;
3320         int iscurrentpmap;
3321         int save_generation;
3322
3323         lp = curthread->td_lwp;
3324         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3325                 iscurrentpmap = 1;
3326         else
3327                 iscurrentpmap = 0;
3328
3329         lwkt_gettoken(&vm_token);
3330         pmap_inval_init(&info);
3331         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3332                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3333                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3334                         continue;
3335                 }
3336
3337                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3338
3339                 if (iscurrentpmap)
3340                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3341                 else
3342                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3343                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3344
3345                 /*
3346                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3347                  * at this time
3348                  */
3349                 if (*pte & PG_W) {
3350                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3351                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3352                         continue;
3353                 }
3354                 tpte = pte_load_clear(pte);
3355
3356                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3357
3358                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3359                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3360
3361                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3362                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3363                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3364
3365                 /*
3366                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3367                  */
3368                 if (tpte & PG_M) {
3369                         vm_page_dirty(m);
3370                 }
3371
3372                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3373                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3374                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3375
3376                 m->md.pv_list_count--;
3377                 m->object->agg_pv_list_count--;
3378                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3379                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3380                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3381
3382                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3383                 free_pv_entry(pv);
3384
3385                 /*
3386                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3387                  * calls and other removals were made.
3388                  */
3389                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3390                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3391                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3392                 }
3393         }
3394         pmap_inval_done(&info);
3395         lwkt_reltoken(&vm_token);
3396 }
3397
3398 /*
3399  * pmap_testbit tests bits in pte's
3400  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3401  * and a lot of things compile-time evaluate.
3402  */
3403 static
3404 boolean_t
3405 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3406 {
3407         pv_entry_t pv;
3408         pt_entry_t *pte;
3409
3410         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3411                 return FALSE;
3412
3413         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3414                 return FALSE;
3415
3416         crit_enter();
3417
3418         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3419                 /*
3420                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3421                  * mark clean_map and ptes as never
3422                  * modified.
3423                  */
3424                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3425                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3426                                 continue;
3427                 }
3428
3429 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3430                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3431                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3432                         continue;
3433                 }
3434 #endif
3435                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3436                 if (*pte & bit) {
3437                         crit_exit();
3438                         return TRUE;
3439                 }
3440         }
3441         crit_exit();
3442         return (FALSE);
3443 }
3444
3445 /*
3446  * this routine is used to modify bits in ptes
3447  */
3448 static __inline
3449 void
3450 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3451 {
3452         struct pmap_inval_info info;
3453         pv_entry_t pv;
3454         pt_entry_t *pte;
3455         pt_entry_t pbits;
3456
3457         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3458                 return;
3459
3460         pmap_inval_init(&info);
3461
3462         /*
3463          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3464          * setting RO do we need to clear the VAC?
3465          */
3466         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3467                 /*
3468                  * don't write protect pager mappings
3469                  */
3470                 if (bit == PG_RW) {
3471                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3472                                 continue;
3473                 }
3474
3475 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3476                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3477                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3478                         continue;
3479                 }
3480 #endif
3481
3482                 /*
3483                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3484                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3485                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3486                  *
3487                  * We do not have to force synchronization when clearing
3488                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3489                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3490                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3491                  */
3492                 if (bit & PG_RW)
3493                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3494                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3495 again:
3496                 pbits = *pte;
3497                 if (pbits & bit) {
3498                         if (bit == PG_RW) {
3499                                 if (pbits & PG_M) {
3500                                         vm_page_dirty(m);
3501                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3502                                 } else {
3503                                         /*
3504                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3505                                          * simultaniously with our clearing
3506                                          * of PG_RW.
3507                                          */
3508                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3509                                                                pbits & ~PG_RW))
3510                                                 goto again;
3511                                 }
3512                         } else if (bit == PG_M) {
3513                                 /*
3514                                  * We could also clear PG_RW here to force
3515                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3516                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3517                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3518                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3519                                  * virtual page tables.
3520                                  */
3521                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3522                         } else {
3523                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3524                         }
3525                 }
3526                 if (bit & PG_RW)
3527                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3528         }
3529         pmap_inval_done(&info);
3530 }
3531
3532 /*
3533  *      pmap_page_protect:
3534  *
3535  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3536  */
3537 void
3538 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3539 {
3540         /* JG NX support? */
3541         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3542                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3543                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3544                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3545                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3546                 } else {
3547                         pmap_remove_all(m);
3548                 }
3549                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3550         }
3551 }
3552
3553 vm_paddr_t
3554 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3555 {
3556         return (x86_64_ptob(ppn));
3557 }
3558
3559 /*
3560  *      pmap_ts_referenced:
3561  *
3562  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3563  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3564  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3565  *      reference bits set.
3566  *
3567  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3568  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3569  *      optimal aging of shared pages.
3570  */
3571 int
3572 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3573 {
3574         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3575         pt_entry_t *pte;
3576         int rtval = 0;
3577
3578         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3579                 return (rtval);
3580
3581         crit_enter();
3582         lwkt_gettoken(&vm_token);
3583
3584         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3585
3586                 pvf = pv;
3587
3588                 do {
3589                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3590
3591                         crit_enter();
3592                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3593                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3594                         crit_exit();
3595
3596                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3597                                 continue;
3598
3599                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3600
3601                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3602 #ifdef SMP
3603                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3604 #else
3605                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3606 #endif
3607                                 rtval++;
3608                                 if (rtval > 4) {
3609                                         break;
3610                                 }
3611                         }
3612                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3613         }
3614         lwkt_reltoken(&vm_token);
3615         crit_exit();
3616
3617         return (rtval);
3618 }
3619
3620 /*
3621  *      pmap_is_modified:
3622  *
3623  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3624  *      in any physical maps.
3625  */
3626 boolean_t
3627 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3628 {
3629         boolean_t res;
3630
3631         lwkt_gettoken(&vm_token);
3632         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3633         lwkt_reltoken(&vm_token);
3634         return (res);
3635 }
3636
3637 /*
3638  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3639  */
3640 void
3641 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3642 {
3643         lwkt_gettoken(&vm_token);
3644         pmap_clearbit(m, PG_M);
3645         lwkt_reltoken(&vm_token);
3646 }
3647
3648 /*
3649  *      pmap_clear_reference:
3650  *
3651  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3652  */
3653 void
3654 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3655 {
3656         lwkt_gettoken(&vm_token);
3657         pmap_clearbit(m, PG_A);
3658         lwkt_reltoken(&vm_token);
3659 }
3660
3661 /*
3662  * Miscellaneous support routines follow
3663  */
3664
3665 static
3666 void
3667 i386_protection_init(void)
3668 {
3669         int *kp, prot;
3670
3671         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3672         kp = protection_codes;
3673         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3674                 switch (prot) {
3675                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3676                         /*
3677                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3678                          * so just make it readable.
3679                          */
3680                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3681                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3682                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3683                         *kp++ = 0;
3684                         break;
3685                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3686                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3687                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3688                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3689                         *kp++ = PG_RW;
3690                         break;
3691                 }
3692         }
3693 }
3694
3695 /*
3696  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3697  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3698  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3699  * NOT real memory.
3700  *
3701  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3702  * a time.
3703  */
3704 void *
3705 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3706 {
3707         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3708         pt_entry_t *pte;
3709
3710         offset = pa & PAGE_MASK;
3711         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3712
3713         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3714         if (va == 0)
3715                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3716
3717         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3718         for (tmpva = va; size > 0;) {
3719                 pte = vtopte(tmpva);
3720                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3721                 size -= PAGE_SIZE;
3722                 tmpva += PAGE_SIZE;
3723                 pa += PAGE_SIZE;
3724         }
3725         cpu_invltlb();
3726         smp_invltlb();
3727
3728         return ((void *)(va + offset));
3729 }
3730
3731 void *
3732 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3733 {
3734         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3735         pt_entry_t *pte;
3736
3737         offset = pa & PAGE_MASK;
3738         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3739
3740         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3741         if (va == 0)
3742                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3743
3744         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3745         for (tmpva = va; size > 0;) {
3746                 pte = vtopte(tmpva);
3747                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3748                 size -= PAGE_SIZE;
3749                 tmpva += PAGE_SIZE;
3750                 pa += PAGE_SIZE;
3751         }
3752         cpu_invltlb();
3753         smp_invltlb();
3754
3755         return ((void *)(va + offset));
3756 }
3757
3758 void
3759 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3760 {
3761         vm_offset_t base, offset;
3762
3763         base = va & ~PAGE_MASK;
3764         offset = va & PAGE_MASK;
3765         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3766         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3767         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3768 }
3769
3770 /*
3771  * perform the pmap work for mincore
3772  */
3773 int
3774 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3775 {
3776         pt_entry_t *ptep, pte;
3777         vm_page_t m;
3778         int val = 0;
3779         
3780         lwkt_gettoken(&vm_token);
3781         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3782
3783         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3784                 vm_offset_t pa;
3785
3786                 val = MINCORE_INCORE;
3787                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3788                         goto done;
3789
3790                 pa = pte & PG_FRAME;
3791
3792                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3793
3794                 /*
3795                  * Modified by us
3796                  */
3797                 if (pte & PG_M)
3798                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3799                 /*
3800                  * Modified by someone
3801                  */
3802                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3803                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3804                 /*
3805                  * Referenced by us
3806                  */
3807                 if (pte & PG_A)
3808                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3809
3810                 /*
3811                  * Referenced by someone
3812                  */
3813                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3814                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3815                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3816                 }
3817         } 
3818 done:
3819         lwkt_reltoken(&vm_token);
3820         return val;
3821 }
3822
3823 /*
3824  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3825  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3826  *
3827  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3828  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3829  */
3830 void
3831 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3832 {
3833         struct vmspace *oldvm;
3834         struct lwp *lp;
3835
3836         crit_enter();
3837         oldvm = p->p_vmspace;
3838         if (oldvm != newvm) {
3839                 p->p_vmspace = newvm;
3840                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3841                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3842                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3843                 if (adjrefs) {
3844                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3845                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3846                 }
3847         }
3848         crit_exit();
3849 }
3850
3851 /*
3852  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3853  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3854  * on a per-lwp basis.
3855  */
3856 void
3857 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3858 {
3859         struct vmspace *oldvm;
3860         struct pmap *pmap;
3861
3862         crit_enter();
3863         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3864
3865         if (oldvm != newvm) {
3866                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3867                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3868                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3869 #if defined(SMP)
3870                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3871                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3872                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3873 #else
3874                         pmap->pm_active |= 1;
3875 #endif
3876 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3877                         tlb_flush_count++;
3878 #endif
3879                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3880                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3881                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3882                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3883 #if defined(SMP)
3884                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3885 #else
3886                         pmap->pm_active &= ~1;
3887 #endif
3888                 }
3889         }
3890         crit_exit();
3891 }
3892
3893 #ifdef SMP
3894
3895 /*
3896  * Called when switching to a locked pmap
3897  */
3898 void
3899 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3900 {
3901         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3902
3903         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3904                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3905                         cpu_pause();
3906                         cpu_ccfence();
3907                         lwkt_process_ipiq();
3908                 }
3909         }
3910 }
3911
3912 #endif
3913
3914 vm_offset_t
3915 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3916 {
3917
3918         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3919                 return addr;
3920         }
3921
3922         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3923         return addr;
3924 }
3925
3926 /*
3927  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
3928  */
3929 vm_page_t
3930 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
3931 {
3932         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*vtopte(va) & PG_FRAME));
3933 }