Fix typos.
[dragonfly.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  *
9  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
10  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
11  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
12  *
13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
14  * modification, are permitted provided that the following conditions
15  * are met:
16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
22  *    must display the following acknowledgement:
23  *      This product includes software developed by the University of
24  *      California, Berkeley and its contributors.
25  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
26  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
27  *    without specific prior written permission.
28  *
29  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
30  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
31  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
32  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
33  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
34  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
35  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
36  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
37  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
38  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
39  * SUCH DAMAGE.
40  *
41  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
43  * $DragonFly: src/sys/i386/i386/Attic/pmap.c,v 1.60 2006/10/21 04:28:20 dillon Exp $
44  */
45
46 /*
47  *      Manages physical address maps.
48  *
49  *      In addition to hardware address maps, this
50  *      module is called upon to provide software-use-only
51  *      maps which may or may not be stored in the same
52  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
53  *      used to store intermediate results from copy
54  *      operations to and from address spaces.
55  *
56  *      Since the information managed by this module is
57  *      also stored by the logical address mapping module,
58  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
59  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
60  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
61  *      requested.
62  *
63  *      In order to cope with hardware architectures which
64  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
65  *      this module may delay invalidate or reduced protection
66  *      operations until such time as they are actually
67  *      necessary.  This module is given full information as
68  *      to which processors are currently using which maps,
69  *      and to when physical maps must be made correct.
70  */
71
72 #include "opt_disable_pse.h"
73 #include "opt_pmap.h"
74 #include "opt_msgbuf.h"
75
76 #include <sys/param.h>
77 #include <sys/systm.h>
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/msgbuf.h>
81 #include <sys/vmmeter.h>
82 #include <sys/mman.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_param.h>
86 #include <sys/sysctl.h>
87 #include <sys/lock.h>
88 #include <vm/vm_kern.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_map.h>
91 #include <vm/vm_object.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/vm_pageout.h>
94 #include <vm/vm_pager.h>
95 #include <vm/vm_zone.h>
96
97 #include <sys/user.h>
98 #include <sys/thread2.h>
99
100 #include <machine/cputypes.h>
101 #include <machine/md_var.h>
102 #include <machine/specialreg.h>
103 #include <machine/smp.h>
104 #include <arch/apic/apicreg.h>
105 #include <machine/globaldata.h>
106 #include <machine/pmap.h>
107 #include <machine/pmap_inval.h>
108
109 #define PMAP_KEEP_PDIRS
110 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
111 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
112 #endif
113
114 #if defined(DIAGNOSTIC)
115 #define PMAP_DIAGNOSTIC
116 #endif
117
118 #define MINPV 2048
119
120 #if !defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
121 #define PMAP_INLINE __inline
122 #else
123 #define PMAP_INLINE
124 #endif
125
126 /*
127  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
128  */
129 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
130 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
131
132 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
133 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
134 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
135 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
136 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
137
138
139 /*
140  * Given a map and a machine independent protection code,
141  * convert to a vax protection code.
142  */
143 #define pte_prot(m, p)          \
144         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
145 static int protection_codes[8];
146
147 static struct pmap kernel_pmap_store;
148 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
149
150 pmap_t kernel_pmap;
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 virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
155 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
156 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
157 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
158 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
159
160 static vm_object_t kptobj;
161
162 static int nkpt;
163 vm_offset_t kernel_vm_end;
164
165 /*
166  * Data for the pv entry allocation mechanism
167  */
168 static vm_zone_t pvzone;
169 static struct vm_zone pvzone_store;
170 static struct vm_object pvzone_obj;
171 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
172 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
173 static struct pv_entry *pvinit;
174
175 /*
176  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
177  */
178 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
179 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
180 static pt_entry_t *msgbufmap;
181 struct msgbuf *msgbufp=0;
182
183 /*
184  * Crashdump maps.
185  */
186 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
187 static caddr_t crashdumpmap;
188
189 extern pt_entry_t *SMPpt;
190
191 static PMAP_INLINE void free_pv_entry (pv_entry_t pv);
192 static unsigned * get_ptbase (pmap_t pmap);
193 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
194 static void     i386_protection_init (void);
195 static __inline void    pmap_changebit (vm_page_t m, int bit, boolean_t setem);
196
197 static void     pmap_remove_all (vm_page_t m);
198 static vm_page_t pmap_enter_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
199                                       vm_page_t m, vm_page_t mpte);
200 static int pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, unsigned *ptq, 
201                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
202 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
203                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
204 static int pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
205                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
206 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
207 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
208                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
209
210 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
211
212 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
213 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, unsigned ptepindex);
214 static unsigned * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
215 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
216 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
217 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
218
219 static unsigned pdir4mb;
220
221 /*
222  * Move the kernel virtual free pointer to the next
223  * 4MB.  This is used to help improve performance
224  * by using a large (4MB) page for much of the kernel
225  * (.text, .data, .bss)
226  */
227 static vm_offset_t
228 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
229 {
230         vm_offset_t newaddr = addr;
231 #ifndef DISABLE_PSE
232         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
233                 newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
234         }
235 #endif
236         return newaddr;
237 }
238
239 /*
240  * pmap_pte:
241  *
242  *      Extract the page table entry associated with the given map/virtual
243  *      pair.
244  *
245  *      This function may NOT be called from an interrupt.
246  */
247 PMAP_INLINE unsigned *
248 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
249 {
250         unsigned *pdeaddr;
251
252         if (pmap) {
253                 pdeaddr = (unsigned *) pmap_pde(pmap, va);
254                 if (*pdeaddr & PG_PS)
255                         return pdeaddr;
256                 if (*pdeaddr) {
257                         return get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
258                 }
259         }
260         return (0);
261 }
262
263 /*
264  * pmap_pte_quick:
265  *
266  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
267  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
268  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
269  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
270  *
271  *      Should only be called while in a critical section.
272  */
273 static unsigned * 
274 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
275 {
276         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
277         unsigned pde, newpf;
278
279         if ((pde = (unsigned) pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT]) != 0) {
280                 unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
281                 unsigned index = i386_btop(va);
282                 /* are we current address space or kernel? */
283                 if ((pmap == kernel_pmap) ||
284                         (frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME))) {
285                         return (unsigned *) PTmap + index;
286                 }
287                 newpf = pde & PG_FRAME;
288                 if ( ((* (unsigned *) gd->gd_PMAP1) & PG_FRAME) != newpf) {
289                         * (unsigned *) gd->gd_PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V;
290                         cpu_invlpg(gd->gd_PADDR1);
291                 }
292                 return gd->gd_PADDR1 + ((unsigned) index & (NPTEPG - 1));
293         }
294         return (0);
295 }
296
297
298 /*
299  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
300  *
301  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
302  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
303  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
304  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
305  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
306  *      (physical) address starting relative to 0]
307  */
308 void
309 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr, vm_paddr_t loadaddr)
310 {
311         vm_offset_t va;
312         pt_entry_t *pte;
313         struct mdglobaldata *gd;
314         int i;
315         int pg;
316
317         avail_start = firstaddr;
318
319         /*
320          * XXX The calculation of virtual_avail is wrong. It's NKPT*PAGE_SIZE too
321          * large. It should instead be correctly calculated in locore.s and
322          * not based on 'first' (which is a physical address, not a virtual
323          * address, for the start of unused physical memory). The kernel
324          * page tables are NOT double mapped and thus should not be included
325          * in this calculation.
326          */
327         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + firstaddr;
328         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
329
330         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
331
332         /*
333          * Initialize protection array.
334          */
335         i386_protection_init();
336
337         /*
338          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
339          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
340          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
341          */
342         kernel_pmap = &kernel_pmap_store;
343
344         kernel_pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)(KERNBASE + (u_int)IdlePTD);
345         kernel_pmap->pm_count = 1;
346         kernel_pmap->pm_active = (cpumask_t)-1; /* don't allow deactivation */
347         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvlist);
348         nkpt = NKPT;
349
350         /*
351          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
352          * mapping of pages.
353          */
354 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
355         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
356
357         va = virtual_avail;
358         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(kernel_pmap, va);
359
360         /*
361          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
362          */
363         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
364
365         /*
366          * Crashdump maps.
367          */
368         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
369
370         /*
371          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
372          * /dev/mem.
373          */
374         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
375
376         /*
377          * msgbufp is used to map the system message buffer.
378          * XXX msgbufmap is not used.
379          */
380         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
381                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
382
383         virtual_avail = va;
384
385         *(int *) CMAP1 = 0;
386         for (i = 0; i < NKPT; i++)
387                 PTD[i] = 0;
388
389         /*
390          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
391          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
392          * works under UP because self-referential page table mappings
393          */
394 #ifdef SMP
395         pgeflag = 0;
396 #else
397         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
398                 pgeflag = PG_G;
399 #endif
400         
401 /*
402  * Initialize the 4MB page size flag
403  */
404         pseflag = 0;
405 /*
406  * The 4MB page version of the initial
407  * kernel page mapping.
408  */
409         pdir4mb = 0;
410
411 #if !defined(DISABLE_PSE)
412         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
413                 unsigned ptditmp;
414                 /*
415                  * Note that we have enabled PSE mode
416                  */
417                 pseflag = PG_PS;
418                 ptditmp = *((unsigned *)PTmap + i386_btop(KERNBASE));
419                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
420                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
421                 pdir4mb = ptditmp;
422
423 #ifndef SMP
424                 /*
425                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
426                  * now because the APs will not be able to use it when
427                  * they boot up.
428                  */
429                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
430
431                 /*
432                  * We can do the mapping here for the single processor
433                  * case.  We simply ignore the old page table page from
434                  * now on.
435                  */
436                 /*
437                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
438                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
439                  */
440                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
441                 kernel_pmap->pm_pdir[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
442                 cpu_invltlb();
443 #endif
444         }
445 #endif
446 #ifdef SMP
447         if (cpu_apic_address == 0)
448                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
449
450         /* local apic is mapped on last page */
451         SMPpt[NPTEPG - 1] = (pt_entry_t)(PG_V | PG_RW | PG_N | pgeflag |
452             (cpu_apic_address & PG_FRAME));
453 #endif
454
455         /*
456          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
457          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
458          * portion.
459          */
460         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
461         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
462         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
463         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
464         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
465         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
466         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
467         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
468         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
469         gd->gd_PADDR1 = (unsigned *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
470
471         cpu_invltlb();
472 }
473
474 #ifdef SMP
475 /*
476  * Set 4mb pdir for mp startup
477  */
478 void
479 pmap_set_opt(void)
480 {
481         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
482                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
483                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
484                         kernel_pmap->pm_pdir[KPTDI] =
485                             PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)pdir4mb;
486                         cpu_invltlb();
487                 }
488         }
489 }
490 #endif
491
492 /*
493  *      Initialize the pmap module.
494  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
495  *      system needs to map virtual memory.
496  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
497  *      way, discontiguous physical memory.
498  */
499 void
500 pmap_init(void)
501 {
502         int i;
503         int initial_pvs;
504
505         /*
506          * object for kernel page table pages
507          */
508         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NKPDE);
509
510         /*
511          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
512          * pv_head_table.
513          */
514
515         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
516                 vm_page_t m;
517
518                 m = &vm_page_array[i];
519                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
520                 m->md.pv_list_count = 0;
521         }
522
523         /*
524          * init the pv free list
525          */
526         initial_pvs = vm_page_array_size;
527         if (initial_pvs < MINPV)
528                 initial_pvs = MINPV;
529         pvzone = &pvzone_store;
530         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(kernel_map,
531                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
532         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
533             vm_page_array_size);
534
535         /*
536          * Now it is safe to enable pv_table recording.
537          */
538         pmap_initialized = TRUE;
539 }
540
541 /*
542  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
543  * high water mark so that the system can recover from excessive
544  * numbers of pv entries.
545  */
546 void
547 pmap_init2(void)
548 {
549         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
550
551         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
552         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
553         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
554         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
555         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
556 }
557
558
559 /***************************************************
560  * Low level helper routines.....
561  ***************************************************/
562
563 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
564
565 /*
566  * This code checks for non-writeable/modified pages.
567  * This should be an invalid condition.
568  */
569 static int
570 pmap_nw_modified(pt_entry_t ptea)
571 {
572         int pte;
573
574         pte = (int) ptea;
575
576         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
577                 return 1;
578         else
579                 return 0;
580 }
581 #endif
582
583
584 /*
585  * this routine defines the region(s) of memory that should
586  * not be tested for the modified bit.
587  */
588 static PMAP_INLINE int
589 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
590 {
591         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
592                 return 1;
593         else
594                 return 0;
595 }
596
597 static unsigned *
598 get_ptbase(pmap_t pmap)
599 {
600         unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
601         struct globaldata *gd = mycpu;
602
603         /* are we current address space or kernel? */
604         if (pmap == kernel_pmap || frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
605                 return (unsigned *) PTmap;
606         }
607
608         /* otherwise, we are alternate address space */
609         KKASSERT(gd->gd_intr_nesting_level == 0 && (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD) == 0);
610
611         if (frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
612                 APTDpde = (pd_entry_t)(frame | PG_RW | PG_V);
613                 /* The page directory is not shared between CPUs */
614                 cpu_invltlb();
615         }
616         return (unsigned *) APTmap;
617 }
618
619 /*
620  * pmap_extract:
621  *
622  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
623  *
624  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
625  *      not kernel_pmap.
626  */
627 vm_paddr_t 
628 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
629 {
630         vm_offset_t rtval;
631         vm_offset_t pdirindex;
632
633         pdirindex = va >> PDRSHIFT;
634         if (pmap && (rtval = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex])) {
635                 unsigned *pte;
636                 if ((rtval & PG_PS) != 0) {
637                         rtval &= ~(NBPDR - 1);
638                         rtval |= va & (NBPDR - 1);
639                         return rtval;
640                 }
641                 pte = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
642                 rtval = ((*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
643                 return rtval;
644         }
645         return 0;
646 }
647
648 /*
649  * Extract user accessible page only, return NULL if the page is not
650  * present or if it's current state is not sufficient.  Caller will
651  * generally call vm_fault() on failure and try again.
652  */
653 vm_page_t
654 pmap_extract_vmpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int prot)
655 {
656         vm_offset_t rtval;
657         vm_offset_t pdirindex;
658
659         pdirindex = va >> PDRSHIFT;
660         if (pmap && (rtval = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex])) {
661                 unsigned *pte;
662                 vm_page_t m;
663
664                 if ((rtval & PG_PS) != 0) {
665                         if ((rtval & (PG_V|PG_U)) != (PG_V|PG_U))
666                                 return (NULL);
667                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) && (rtval & PG_RW) == 0)
668                                 return (NULL);
669                         rtval &= ~(NBPDR - 1);
670                         rtval |= va & (NBPDR - 1);
671                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(rtval);
672                 } else {
673                         pte = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
674                         if ((*pte & (PG_V|PG_U)) != (PG_V|PG_U))
675                                 return (NULL);
676                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) && (*pte & PG_RW) == 0)
677                                 return (NULL);
678                         rtval = ((*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
679                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(rtval);
680                 }
681                 return(m);
682         }
683         return (NULL);
684 }
685
686 /***************************************************
687  * Low level mapping routines.....
688  ***************************************************/
689
690 /*
691  * Routine: pmap_kenter
692  * Function:
693  *      Add a wired page to the KVA
694  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
695  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
696  */
697 void 
698 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
699 {
700         unsigned *pte;
701         unsigned npte;
702         pmap_inval_info info;
703
704         pmap_inval_init(&info);
705         pmap_inval_add(&info, kernel_pmap, va);
706         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
707         pte = (unsigned *)vtopte(va);
708         *pte = npte;
709         pmap_inval_flush(&info);
710 }
711
712 /*
713  * Routine: pmap_kenter_quick
714  * Function:
715  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
716  *      mapping on the current CPU.
717  */
718 void
719 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
720 {
721         unsigned *pte;
722         unsigned npte;
723
724         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
725         pte = (unsigned *)vtopte(va);
726         *pte = npte;
727         cpu_invlpg((void *)va);
728 }
729
730 void
731 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
732 {
733         pmap_inval_info info;
734
735         pmap_inval_init(&info);
736         pmap_inval_add(&info, kernel_pmap, va);
737         pmap_inval_flush(&info);
738 }
739
740 void
741 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
742 {
743         cpu_invlpg((void *)va);
744 }
745
746 /*
747  * remove a page from the kernel pagetables
748  */
749 void
750 pmap_kremove(vm_offset_t va)
751 {
752         unsigned *pte;
753         pmap_inval_info info;
754
755         pmap_inval_init(&info);
756         pmap_inval_add(&info, kernel_pmap, va);
757         pte = (unsigned *)vtopte(va);
758         *pte = 0;
759         pmap_inval_flush(&info);
760 }
761
762 void
763 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
764 {
765         unsigned *pte;
766         pte = (unsigned *)vtopte(va);
767         *pte = 0;
768         cpu_invlpg((void *)va);
769 }
770
771 /*
772  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
773  *      virtual address space.
774  *
775  *      For now, VM is already on, we only need to map the
776  *      specified memory.
777  */
778 vm_offset_t
779 pmap_map(vm_offset_t virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
780 {
781         while (start < end) {
782                 pmap_kenter(virt, start);
783                 virt += PAGE_SIZE;
784                 start += PAGE_SIZE;
785         }
786         return (virt);
787 }
788
789
790 /*
791  * Add a list of wired pages to the kva
792  * this routine is only used for temporary
793  * kernel mappings that do not need to have
794  * page modification or references recorded.
795  * Note that old mappings are simply written
796  * over.  The page *must* be wired.
797  */
798 void
799 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
800 {
801         vm_offset_t end_va;
802
803         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
804                 
805         while (va < end_va) {
806                 unsigned *pte;
807
808                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
809                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
810                 cpu_invlpg((void *)va);
811                 va += PAGE_SIZE;
812                 m++;
813         }
814 #ifdef SMP
815         smp_invltlb();  /* XXX */
816 #endif
817 }
818
819 void
820 pmap_qenter2(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count, cpumask_t *mask)
821 {
822         vm_offset_t end_va;
823         cpumask_t cmask = mycpu->gd_cpumask;
824
825         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
826
827         while (va < end_va) {
828                 unsigned *pte;
829                 unsigned pteval;
830
831                 /*
832                  * Install the new PTE.  If the pte changed from the prior
833                  * mapping we must reset the cpu mask and invalidate the page.
834                  * If the pte is the same but we have not seen it on the
835                  * current cpu, invlpg the existing mapping.  Otherwise the
836                  * entry is optimal and no invalidation is required.
837                  */
838                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
839                 pteval = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag;
840                 if (*pte != pteval) {
841                         *mask = 0;
842                         *pte = pteval;
843                         cpu_invlpg((void *)va);
844                 } else if ((*mask & cmask) == 0) {
845                         cpu_invlpg((void *)va);
846                 }
847                 va += PAGE_SIZE;
848                 m++;
849         }
850         *mask |= cmask;
851 }
852
853 /*
854  * this routine jerks page mappings from the
855  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
856  */
857 void
858 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
859 {
860         vm_offset_t end_va;
861
862         end_va = va + count*PAGE_SIZE;
863
864         while (va < end_va) {
865                 unsigned *pte;
866
867                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
868                 *pte = 0;
869                 cpu_invlpg((void *)va);
870                 va += PAGE_SIZE;
871         }
872 #ifdef SMP
873         smp_invltlb();
874 #endif
875 }
876
877 /*
878  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
879  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
880  *
881  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
882  * the call should be made with a critical section held so the page's object
883  * association remains valid on return.
884  */
885 static vm_page_t
886 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
887 {
888         vm_page_t m;
889
890 retry:
891         m = vm_page_lookup(object, pindex);
892         if (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"))
893                 goto retry;
894         return(m);
895 }
896
897 /*
898  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
899  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
900  */
901 void
902 pmap_init_thread(thread_t td)
903 {
904         /* enforce pcb placement */
905         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
906         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
907         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16;
908 }
909
910 /*
911  * Create the UPAGES for a new process.
912  * This routine directly affects the fork perf for a process.
913  */
914 void
915 pmap_init_proc(struct proc *p, struct thread *td)
916 {
917         p->p_addr = (void *)td->td_kstack;
918         p->p_thread = td;
919         td->td_proc = p;
920         td->td_lwp = &p->p_lwp;
921         td->td_switch = cpu_heavy_switch;
922 #ifdef SMP
923         KKASSERT(td->td_mpcount == 1);
924 #endif
925         bzero(p->p_addr, sizeof(*p->p_addr));
926 }
927
928 /*
929  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
930  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
931  */
932 struct thread *
933 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
934 {
935         struct thread *td;
936
937         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
938
939         if ((td = p->p_thread) != NULL) {
940             p->p_thread = NULL;
941             td->td_proc = NULL;
942         }
943         p->p_addr = NULL;
944         return(td);
945 }
946
947 /***************************************************
948  * Page table page management routines.....
949  ***************************************************/
950
951 /*
952  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
953  * drops to zero, then it decrements the wire count.
954  */
955 static int 
956 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info) 
957 {
958         pmap_inval_flush(info);
959         while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
960                 ;
961
962         if (m->hold_count == 0) {
963                 /*
964                  * unmap the page table page
965                  */
966                 pmap_inval_add(info, pmap, -1);
967                 pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
968                 --pmap->pm_stats.resident_count;
969
970                 if (pmap->pm_ptphint == m)
971                         pmap->pm_ptphint = NULL;
972
973                 /*
974                  * If the page is finally unwired, simply free it.
975                  */
976                 --m->wire_count;
977                 if (m->wire_count == 0) {
978                         vm_page_flash(m);
979                         vm_page_busy(m);
980                         vm_page_free_zero(m);
981                         --vmstats.v_wire_count;
982                 }
983                 return 1;
984         }
985         return 0;
986 }
987
988 static PMAP_INLINE int
989 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info)
990 {
991         vm_page_unhold(m);
992         if (m->hold_count == 0)
993                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, m, info);
994         else
995                 return 0;
996 }
997
998 /*
999  * After removing a page table entry, this routine is used to
1000  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1001  */
1002 static int
1003 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1004                 pmap_inval_info_t info)
1005 {
1006         unsigned ptepindex;
1007         if (va >= UPT_MIN_ADDRESS)
1008                 return 0;
1009
1010         if (mpte == NULL) {
1011                 ptepindex = (va >> PDRSHIFT);
1012                 if (pmap->pm_ptphint &&
1013                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1014                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1015                 } else {
1016                         pmap_inval_flush(info);
1017                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1018                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1019                 }
1020         }
1021
1022         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, info);
1023 }
1024
1025 /*
1026  * Initialize pmap0/vmspace0 - the kernel pmap.  This pmap is not added
1027  * to pmap_list because it, and IdlePTD, represents the template used
1028  * to update all other pmaps.
1029  */
1030 void
1031 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1032 {
1033         pmap->pm_pdir =
1034                 (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(kernel_map, PAGE_SIZE);
1035         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, (vm_offset_t) IdlePTD);
1036         pmap->pm_count = 1;
1037         pmap->pm_active = 0;
1038         pmap->pm_ptphint = NULL;
1039         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1040         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1041 }
1042
1043 /*
1044  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1045  * such as one in a vmspace structure.
1046  */
1047 void
1048 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1049 {
1050         vm_page_t ptdpg;
1051
1052         /*
1053          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1054          * page directory table.
1055          */
1056         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1057                 pmap->pm_pdir =
1058                         (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(kernel_map, PAGE_SIZE);
1059         }
1060
1061         /*
1062          * allocate object for the ptes
1063          */
1064         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1065                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate( OBJT_DEFAULT, PTDPTDI + 1);
1066
1067         /*
1068          * allocate the page directory page
1069          */
1070         ptdpg = vm_page_grab( pmap->pm_pteobj, PTDPTDI,
1071                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1072
1073         ptdpg->wire_count = 1;
1074         ++vmstats.v_wire_count;
1075
1076
1077         vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY); /* not usually mapped*/
1078         ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1079
1080         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1081         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1082                 bzero(pmap->pm_pdir, PAGE_SIZE);
1083
1084         pmap->pm_pdir[MPPTDI] = PTD[MPPTDI];
1085
1086         /* install self-referential address mapping entry */
1087         *(unsigned *) (pmap->pm_pdir + PTDPTDI) =
1088                 VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1089
1090         pmap->pm_count = 1;
1091         pmap->pm_active = 0;
1092         pmap->pm_ptphint = NULL;
1093         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1094         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1095 }
1096
1097 /*
1098  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1099  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1100  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1101  * then copies the template.
1102  */
1103 void
1104 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1105 {
1106         crit_enter();
1107         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1108         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1109         bcopy(PTD + KPTDI, pmap->pm_pdir + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1110         crit_exit();
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Attempt to release and free and vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1115  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1116  */
1117 static int
1118 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1119 {
1120         unsigned *pde = (unsigned *) pmap->pm_pdir;
1121         /*
1122          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1123          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1124          * might as well be placed directly into the zero queue.
1125          */
1126         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1127                 return 0;
1128
1129         vm_page_busy(p);
1130
1131         /*
1132          * Remove the page table page from the processes address space.
1133          */
1134         pde[p->pindex] = 0;
1135         pmap->pm_stats.resident_count--;
1136
1137         if (p->hold_count)  {
1138                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1139         }
1140         /*
1141          * Page directory pages need to have the kernel
1142          * stuff cleared, so they can go into the zero queue also.
1143          */
1144         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1145                 bzero(pde + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1146                 pde[MPPTDI] = 0;
1147                 pde[APTDPTDI] = 0;
1148                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir);
1149         }
1150
1151         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1152                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1153
1154         p->wire_count--;
1155         vmstats.v_wire_count--;
1156         vm_page_free_zero(p);
1157         return 1;
1158 }
1159
1160 /*
1161  * this routine is called if the page table page is not
1162  * mapped correctly.
1163  */
1164 static vm_page_t
1165 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, unsigned ptepindex)
1166 {
1167         vm_offset_t pteva, ptepa;
1168         vm_page_t m;
1169
1170         /*
1171          * Find or fabricate a new pagetable page
1172          */
1173         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1174                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1175
1176         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1177                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1178
1179         if (m->wire_count == 0)
1180                 vmstats.v_wire_count++;
1181         m->wire_count++;
1182
1183         /*
1184          * Increment the hold count for the page table page
1185          * (denoting a new mapping.)
1186          */
1187         m->hold_count++;
1188
1189         /*
1190          * Map the pagetable page into the process address space, if
1191          * it isn't already there.
1192          */
1193
1194         pmap->pm_stats.resident_count++;
1195
1196         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1197         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
1198                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1199
1200         /*
1201          * Set the page table hint
1202          */
1203         pmap->pm_ptphint = m;
1204
1205         /*
1206          * Try to use the new mapping, but if we cannot, then
1207          * do it with the routine that maps the page explicitly.
1208          */
1209         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1210                 if ((((unsigned)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME) ==
1211                         (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
1212                         pteva = UPT_MIN_ADDRESS + i386_ptob(ptepindex);
1213                         bzero((caddr_t) pteva, PAGE_SIZE);
1214                 } else {
1215                         pmap_zero_page(ptepa);
1216                 }
1217         }
1218
1219         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1220         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1221         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1222         vm_page_wakeup(m);
1223
1224         return m;
1225 }
1226
1227 static vm_page_t
1228 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1229 {
1230         unsigned ptepindex;
1231         vm_offset_t ptepa;
1232         vm_page_t m;
1233
1234         /*
1235          * Calculate pagetable page index
1236          */
1237         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
1238
1239         /*
1240          * Get the page directory entry
1241          */
1242         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
1243
1244         /*
1245          * This supports switching from a 4MB page to a
1246          * normal 4K page.
1247          */
1248         if (ptepa & PG_PS) {
1249                 pmap->pm_pdir[ptepindex] = 0;
1250                 ptepa = 0;
1251                 cpu_invltlb();
1252                 smp_invltlb();
1253         }
1254
1255         /*
1256          * If the page table page is mapped, we just increment the
1257          * hold count, and activate it.
1258          */
1259         if (ptepa) {
1260                 /*
1261                  * In order to get the page table page, try the
1262                  * hint first.
1263                  */
1264                 if (pmap->pm_ptphint &&
1265                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1266                         m = pmap->pm_ptphint;
1267                 } else {
1268                         m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1269                         pmap->pm_ptphint = m;
1270                 }
1271                 m->hold_count++;
1272                 return m;
1273         }
1274         /*
1275          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1276          */
1277         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1278 }
1279
1280
1281 /***************************************************
1282 * Pmap allocation/deallocation routines.
1283  ***************************************************/
1284
1285 /*
1286  * Release any resources held by the given physical map.
1287  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1288  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1289  */
1290 void
1291 pmap_release(struct pmap *pmap)
1292 {
1293         vm_page_t p,n,ptdpg;
1294         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1295         int curgeneration;
1296
1297 #if defined(DIAGNOSTIC)
1298         if (object->ref_count != 1)
1299                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1300 #endif
1301         
1302         ptdpg = NULL;
1303 retry:
1304         crit_enter();
1305         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1306         curgeneration = object->generation;
1307         for (p = TAILQ_FIRST(&object->memq); p != NULL; p = n) {
1308                 n = TAILQ_NEXT(p, listq);
1309                 if (p->pindex == PTDPTDI) {
1310                         ptdpg = p;
1311                         continue;
1312                 }
1313                 if (!pmap_release_free_page(pmap, p)) {
1314                         crit_exit();
1315                         goto retry;
1316                 }
1317                 if (object->generation != curgeneration) {
1318                         crit_exit();
1319                         goto retry;
1320                 }
1321         }
1322         if (ptdpg && !pmap_release_free_page(pmap, ptdpg)) {
1323                 crit_exit();
1324                 goto retry;
1325         }
1326         crit_exit();
1327 }
1328 \f
1329 static int
1330 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1331 {
1332         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
1333
1334         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1335 }
1336 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1337     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
1338
1339 static int
1340 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1341 {
1342         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1343
1344         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1345 }
1346 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1347     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
1348
1349 /*
1350  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1351  */
1352
1353 void
1354 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1355 {
1356         struct pmap *pmap;
1357         vm_offset_t ptppaddr;
1358         vm_page_t nkpg;
1359         pd_entry_t newpdir;
1360
1361         crit_enter();
1362         if (kernel_vm_end == 0) {
1363                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1364                 nkpt = 0;
1365                 while (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1366                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1367                         nkpt++;
1368                 }
1369         }
1370         addr = (addr + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1371         while (kernel_vm_end < addr) {
1372                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1373                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1374                         continue;
1375                 }
1376
1377                 /*
1378                  * This index is bogus, but out of the way
1379                  */
1380                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt, 
1381                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1382                 if (nkpg == NULL)
1383                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1384
1385                 vm_page_wire(nkpg);
1386                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1387                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1388                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1389                 pdir_pde(PTD, kernel_vm_end) = newpdir;
1390                 *pmap_pde(kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1391                 nkpt++;
1392
1393                 /*
1394                  * This update must be interlocked with pmap_pinit2.
1395                  */
1396                 TAILQ_FOREACH(pmap, &pmap_list, pm_pmnode) {
1397                         *pmap_pde(pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1398                 }
1399                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1400                                 ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1401         }
1402         crit_exit();
1403 }
1404
1405 /*
1406  *      Retire the given physical map from service.
1407  *      Should only be called if the map contains
1408  *      no valid mappings.
1409  */
1410 void
1411 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1412 {
1413         int count;
1414
1415         if (pmap == NULL)
1416                 return;
1417
1418         count = --pmap->pm_count;
1419         if (count == 0) {
1420                 pmap_release(pmap);
1421                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1422         }
1423 }
1424
1425 /*
1426  *      Add a reference to the specified pmap.
1427  */
1428 void
1429 pmap_reference(pmap_t pmap)
1430 {
1431         if (pmap != NULL) {
1432                 pmap->pm_count++;
1433         }
1434 }
1435
1436 /***************************************************
1437 * page management routines.
1438  ***************************************************/
1439
1440 /*
1441  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1442  * called from an interrupt.
1443  */
1444 static PMAP_INLINE void
1445 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1446 {
1447         pv_entry_count--;
1448         zfree(pvzone, pv);
1449 }
1450
1451 /*
1452  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1453  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1454  */
1455 static pv_entry_t
1456 get_pv_entry(void)
1457 {
1458         pv_entry_count++;
1459         if (pv_entry_high_water &&
1460                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1461                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1462                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1463                 wakeup (&vm_pages_needed);
1464         }
1465         return zalloc(pvzone);
1466 }
1467
1468 /*
1469  * This routine is very drastic, but can save the system
1470  * in a pinch.
1471  */
1472 void
1473 pmap_collect(void)
1474 {
1475         int i;
1476         vm_page_t m;
1477         static int warningdone=0;
1478
1479         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1480                 return;
1481
1482         if (warningdone < 5) {
1483                 printf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1484                 warningdone++;
1485         }
1486
1487         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1488                 m = &vm_page_array[i];
1489                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1490                     (m->flags & PG_BUSY))
1491                         continue;
1492                 pmap_remove_all(m);
1493         }
1494         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1495 }
1496         
1497
1498 /*
1499  * If it is the first entry on the list, it is actually
1500  * in the header and we must copy the following entry up
1501  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1502  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1503  */
1504 static int
1505 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
1506                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1507 {
1508         pv_entry_t pv;
1509         int rtval;
1510
1511         crit_enter();
1512         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1513                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
1514                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
1515                                 break;
1516                 }
1517         } else {
1518                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
1519                         if (va == pv->pv_va) 
1520                                 break;
1521                 }
1522         }
1523
1524         rtval = 0;
1525         if (pv) {
1526                 rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
1527                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1528                 m->md.pv_list_count--;
1529                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
1530                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1531                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1532                 free_pv_entry(pv);
1533         }
1534         crit_exit();
1535         return rtval;
1536 }
1537
1538 /*
1539  * Create a pv entry for page at pa for
1540  * (pmap, va).
1541  */
1542 static void
1543 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
1544 {
1545         pv_entry_t pv;
1546
1547         crit_enter();
1548         pv = get_pv_entry();
1549         pv->pv_va = va;
1550         pv->pv_pmap = pmap;
1551         pv->pv_ptem = mpte;
1552
1553         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1554         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1555         m->md.pv_list_count++;
1556
1557         crit_exit();
1558 }
1559
1560 /*
1561  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
1562  */
1563 static int
1564 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, unsigned *ptq, vm_offset_t va,
1565         pmap_inval_info_t info)
1566 {
1567         unsigned oldpte;
1568         vm_page_t m;
1569
1570         pmap_inval_add(info, pmap, va);
1571         oldpte = loadandclear(ptq);
1572         if (oldpte & PG_W)
1573                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
1574         /*
1575          * Machines that don't support invlpg, also don't support
1576          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
1577          * the SMP case.
1578          */
1579         if (oldpte & PG_G)
1580                 cpu_invlpg((void *)va);
1581         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
1582         if (oldpte & PG_MANAGED) {
1583                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
1584                 if (oldpte & PG_M) {
1585 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1586                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
1587                                 printf(
1588         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1589                                     va, oldpte);
1590                         }
1591 #endif
1592                         if (pmap_track_modified(va))
1593                                 vm_page_dirty(m);
1594                 }
1595                 if (oldpte & PG_A)
1596                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1597                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
1598         } else {
1599                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
1600         }
1601
1602         return 0;
1603 }
1604
1605 /*
1606  * pmap_remove_page:
1607  *
1608  *      Remove a single page from a process address space.
1609  *
1610  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1611  *      not kernel_pmap.
1612  */
1613 static void
1614 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1615 {
1616         unsigned *ptq;
1617
1618         /*
1619          * if there is no pte for this address, just skip it!!!  Otherwise
1620          * get a local va for mappings for this pmap and remove the entry.
1621          */
1622         if (*pmap_pde(pmap, va) != 0) {
1623                 ptq = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
1624                 if (*ptq) {
1625                         pmap_remove_pte(pmap, ptq, va, info);
1626                 }
1627         }
1628 }
1629
1630 /*
1631  * pmap_remove:
1632  *
1633  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
1634  *
1635  *      It is assumed that the start and end are properly
1636  *      rounded to the page size.
1637  *
1638  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1639  *      not kernel_pmap.
1640  */
1641 void
1642 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1643 {
1644         unsigned *ptbase;
1645         vm_offset_t pdnxt;
1646         vm_offset_t ptpaddr;
1647         vm_offset_t sindex, eindex;
1648         struct pmap_inval_info info;
1649
1650         if (pmap == NULL)
1651                 return;
1652
1653         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1654                 return;
1655
1656         pmap_inval_init(&info);
1657
1658         /*
1659          * special handling of removing one page.  a very
1660          * common operation and easy to short circuit some
1661          * code.
1662          */
1663         if (((sva + PAGE_SIZE) == eva) && 
1664                 (((unsigned) pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
1665                 pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
1666                 pmap_inval_flush(&info);
1667                 return;
1668         }
1669
1670         /*
1671          * Get a local virtual address for the mappings that are being
1672          * worked with.
1673          */
1674         ptbase = get_ptbase(pmap);
1675
1676         sindex = i386_btop(sva);
1677         eindex = i386_btop(eva);
1678
1679         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1680                 unsigned pdirindex;
1681
1682                 /*
1683                  * Calculate index for next page table.
1684                  */
1685                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1686                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1687                         break;
1688
1689                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1690                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1691                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1692                         pmap->pm_pdir[pdirindex] = 0;
1693                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1694                         continue;
1695                 }
1696
1697                 /*
1698                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1699                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1700                  */
1701                 if (ptpaddr == 0)
1702                         continue;
1703
1704                 /*
1705                  * Limit our scan to either the end of the va represented
1706                  * by the current page table page, or to the end of the
1707                  * range being removed.
1708                  */
1709                 if (pdnxt > eindex) {
1710                         pdnxt = eindex;
1711                 }
1712
1713                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1714                         vm_offset_t va;
1715                         if (ptbase[sindex] == 0)
1716                                 continue;
1717                         va = i386_ptob(sindex);
1718                         if (pmap_remove_pte(pmap, ptbase + sindex, va, &info))
1719                                 break;
1720                 }
1721         }
1722         pmap_inval_flush(&info);
1723 }
1724
1725 /*
1726  * pmap_remove_all:
1727  *
1728  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
1729  *      Reflects back modify bits to the pager.
1730  *
1731  *      This routine may not be called from an interrupt.
1732  */
1733
1734 static void
1735 pmap_remove_all(vm_page_t m)
1736 {
1737         struct pmap_inval_info info;
1738         unsigned *pte, tpte;
1739         pv_entry_t pv;
1740
1741 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1742         /*
1743          * XXX this makes pmap_page_protect(NONE) illegal for non-managed
1744          * pages!
1745          */
1746         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1747                 panic("pmap_page_protect: illegal for unmanaged page, va: 0x%08llx", (long long)VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1748         }
1749 #endif
1750
1751         pmap_inval_init(&info);
1752         crit_enter();
1753         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
1754                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
1755
1756                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1757                 pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1758
1759                 tpte = loadandclear(pte);
1760                 if (tpte & PG_W)
1761                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
1762
1763                 if (tpte & PG_A)
1764                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1765
1766                 /*
1767                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
1768                  */
1769                 if (tpte & PG_M) {
1770 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1771                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) tpte)) {
1772                                 printf(
1773         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1774                                     pv->pv_va, tpte);
1775                         }
1776 #endif
1777                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
1778                                 vm_page_dirty(m);
1779                 }
1780                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1781                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1782                 m->md.pv_list_count--;
1783                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
1784                 free_pv_entry(pv);
1785         }
1786
1787         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1788         crit_exit();
1789         pmap_inval_flush(&info);
1790 }
1791
1792 /*
1793  * pmap_protect:
1794  *
1795  *      Set the physical protection on the specified range of this map
1796  *      as requested.
1797  *
1798  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
1799  *      not the kernel_pmap.
1800  */
1801 void
1802 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
1803 {
1804         unsigned *ptbase;
1805         vm_offset_t pdnxt, ptpaddr;
1806         vm_pindex_t sindex, eindex;
1807         pmap_inval_info info;
1808
1809         if (pmap == NULL)
1810                 return;
1811
1812         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
1813                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
1814                 return;
1815         }
1816
1817         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1818                 return;
1819
1820         pmap_inval_init(&info);
1821
1822         ptbase = get_ptbase(pmap);
1823
1824         sindex = i386_btop(sva);
1825         eindex = i386_btop(eva);
1826
1827         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1828
1829                 unsigned pdirindex;
1830
1831                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1832
1833                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1834                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1835                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1836                         pmap->pm_pdir[pdirindex] &= ~(PG_M|PG_RW);
1837                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1838                         continue;
1839                 }
1840
1841                 /*
1842                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1843                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1844                  */
1845                 if (ptpaddr == 0)
1846                         continue;
1847
1848                 if (pdnxt > eindex) {
1849                         pdnxt = eindex;
1850                 }
1851
1852                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1853
1854                         unsigned pbits;
1855                         vm_page_t m;
1856
1857                         /* XXX this isn't optimal */
1858                         pmap_inval_add(&info, pmap, i386_ptob(sindex));
1859                         pbits = ptbase[sindex];
1860
1861                         if (pbits & PG_MANAGED) {
1862                                 m = NULL;
1863                                 if (pbits & PG_A) {
1864                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1865                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1866                                         pbits &= ~PG_A;
1867                                 }
1868                                 if (pbits & PG_M) {
1869                                         if (pmap_track_modified(i386_ptob(sindex))) {
1870                                                 if (m == NULL)
1871                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1872                                                 vm_page_dirty(m);
1873                                                 pbits &= ~PG_M;
1874                                         }
1875                                 }
1876                         }
1877
1878                         pbits &= ~PG_RW;
1879
1880                         if (pbits != ptbase[sindex]) {
1881                                 ptbase[sindex] = pbits;
1882                         }
1883                 }
1884         }
1885         pmap_inval_flush(&info);
1886 }
1887
1888 /*
1889  *      Insert the given physical page (p) at
1890  *      the specified virtual address (v) in the
1891  *      target physical map with the protection requested.
1892  *
1893  *      If specified, the page will be wired down, meaning
1894  *      that the related pte can not be reclaimed.
1895  *
1896  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
1897  *      or lose information.  That is, this routine must actually
1898  *      insert this page into the given map NOW.
1899  */
1900 void
1901 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
1902            boolean_t wired)
1903 {
1904         vm_paddr_t pa;
1905         unsigned *pte;
1906         vm_paddr_t opa;
1907         vm_offset_t origpte, newpte;
1908         vm_page_t mpte;
1909         pmap_inval_info info;
1910
1911         if (pmap == NULL)
1912                 return;
1913
1914         va &= PG_FRAME;
1915 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
1916         if (va > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS)
1917                 panic("pmap_enter: toobig");
1918         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
1919                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", va);
1920 #endif
1921
1922         mpte = NULL;
1923         /*
1924          * In the case that a page table page is not
1925          * resident, we are creating it here.
1926          */
1927         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
1928                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
1929         }
1930
1931         pmap_inval_init(&info);
1932         pte = pmap_pte(pmap, va);
1933
1934         /*
1935          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
1936          */
1937         if (pte == NULL) {
1938                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%x, va=0x%x\n",
1939                      (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
1940         }
1941
1942         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PG_FRAME;
1943         pmap_inval_add(&info, pmap, va); /* XXX non-optimal */
1944         origpte = *(vm_offset_t *)pte;
1945         opa = origpte & PG_FRAME;
1946
1947         if (origpte & PG_PS)
1948                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 4MB page");
1949
1950         /*
1951          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
1952          */
1953         if (origpte && (opa == pa)) {
1954                 /*
1955                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
1956                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
1957                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
1958                  * the PT page will be also.
1959                  */
1960                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
1961                         pmap->pm_stats.wired_count++;
1962                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
1963                         pmap->pm_stats.wired_count--;
1964
1965 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1966                 if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) origpte)) {
1967                         printf(
1968         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1969                             va, origpte);
1970                 }
1971 #endif
1972
1973                 /*
1974                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
1975                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
1976                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
1977                  * bits below.
1978                  */
1979                 if (mpte)
1980                         mpte->hold_count--;
1981
1982                 /*
1983                  * We might be turning off write access to the page,
1984                  * so we go ahead and sense modify status.
1985                  */
1986                 if (origpte & PG_MANAGED) {
1987                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
1988                                 vm_page_t om;
1989                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
1990                                 vm_page_dirty(om);
1991                         }
1992                         pa |= PG_MANAGED;
1993                 }
1994                 goto validate;
1995         } 
1996         /*
1997          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
1998          * handle validating new mapping.
1999          */
2000         if (opa) {
2001                 int err;
2002                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2003                 if (err)
2004                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%x", va);
2005         }
2006
2007         /*
2008          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2009          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2010          * called at interrupt time.
2011          */
2012         if (pmap_initialized && 
2013             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2014                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2015                 pa |= PG_MANAGED;
2016         }
2017
2018         /*
2019          * Increment counters
2020          */
2021         pmap->pm_stats.resident_count++;
2022         if (wired)
2023                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2024
2025 validate:
2026         /*
2027          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2028          */
2029         newpte = (vm_offset_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2030
2031         if (wired)
2032                 newpte |= PG_W;
2033         if (va < UPT_MIN_ADDRESS)
2034                 newpte |= PG_U;
2035         if (pmap == kernel_pmap)
2036                 newpte |= pgeflag;
2037
2038         /*
2039          * if the mapping or permission bits are different, we need
2040          * to update the pte.
2041          */
2042         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2043                 *pte = newpte | PG_A;
2044         }
2045         pmap_inval_flush(&info);
2046 }
2047
2048 /*
2049  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
2050  * 1. Current pmap & pmap exists.
2051  * 2. Not wired.
2052  * 3. Read access.
2053  * 4. No page table pages.
2054  * 5. Tlbflush is deferred to calling procedure.
2055  * 6. Page IS managed.
2056  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
2057  */
2058
2059 static vm_page_t
2060 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t mpte)
2061 {
2062         unsigned *pte;
2063         vm_paddr_t pa;
2064         pmap_inval_info info;
2065
2066         pmap_inval_init(&info);
2067
2068         /*
2069          * In the case that a page table page is not
2070          * resident, we are creating it here.
2071          */
2072         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
2073                 unsigned ptepindex;
2074                 vm_offset_t ptepa;
2075
2076                 /*
2077                  * Calculate pagetable page index
2078                  */
2079                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2080                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
2081                         mpte->hold_count++;
2082                 } else {
2083 retry:
2084                         /*
2085                          * Get the page directory entry
2086                          */
2087                         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
2088
2089                         /*
2090                          * If the page table page is mapped, we just increment
2091                          * the hold count, and activate it.
2092                          */
2093                         if (ptepa) {
2094                                 if (ptepa & PG_PS)
2095                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 4MB page");
2096                                 if (pmap->pm_ptphint &&
2097                                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2098                                         mpte = pmap->pm_ptphint;
2099                                 } else {
2100                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2101                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2102                                 }
2103                                 if (mpte == NULL)
2104                                         goto retry;
2105                                 mpte->hold_count++;
2106                         } else {
2107                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2108                         }
2109                 }
2110         } else {
2111                 mpte = NULL;
2112         }
2113
2114         /*
2115          * This call to vtopte makes the assumption that we are
2116          * entering the page into the current pmap.  In order to support
2117          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte_quick.
2118          * But that isn't as quick as vtopte.
2119          */
2120         pte = (unsigned *)vtopte(va);
2121         if (*pte) {
2122                 if (mpte)
2123                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, &info);
2124                 return 0;
2125         }
2126
2127         /*
2128          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2129          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2130          * called at interrupt time.
2131          */
2132         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0)
2133                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2134
2135         /*
2136          * Increment counters
2137          */
2138         pmap->pm_stats.resident_count++;
2139
2140         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2141
2142         /*
2143          * Now validate mapping with RO protection
2144          */
2145         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2146                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2147         else
2148                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2149
2150         return mpte;
2151 }
2152
2153 /*
2154  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2155  * to be used for panic dumps.
2156  */
2157 void *
2158 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2159 {
2160         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2161         return ((void *)crashdumpmap);
2162 }
2163
2164 #define MAX_INIT_PT (96)
2165
2166 /*
2167  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2168  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2169  * immediately after an mmap.
2170  */
2171 void
2172 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2173                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2174                     vm_size_t size, int limit)
2175 {
2176         vm_offset_t tmpidx;
2177         int psize;
2178         vm_page_t p, mpte;
2179         int objpgs;
2180
2181         /*
2182          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2183          * or object.
2184          */
2185         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2186                 return;
2187
2188         /*
2189          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2190          */
2191         if (curproc == NULL || pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2192                 return;
2193
2194 #if 0
2195         /* 
2196          * XXX you must be joking, entering PTE's into a user page table
2197          * without any accounting?  This could result in the page table
2198          * being freed while it still contains mappings (free with PG_ZERO
2199          * assumption leading to a non-zero page being marked PG_ZERO).
2200          */
2201         /*
2202          * This code maps large physical mmap regions into the
2203          * processor address space.  Note that some shortcuts
2204          * are taken, but the code works.
2205          */
2206         if (pseflag &&
2207             (object->type == OBJT_DEVICE) &&
2208             ((addr & (NBPDR - 1)) == 0) &&
2209             ((size & (NBPDR - 1)) == 0) ) {
2210                 int i;
2211                 vm_page_t m[1];
2212                 unsigned int ptepindex;
2213                 int npdes;
2214                 vm_offset_t ptepa;
2215
2216                 if (pmap->pm_pdir[ptepindex = (addr >> PDRSHIFT)])
2217                         return;
2218
2219 retry:
2220                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
2221                 if (p && vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "init4p"))
2222                         goto retry;
2223
2224                 if (p == NULL) {
2225                         p = vm_page_alloc(object, pindex, VM_ALLOC_NORMAL);
2226                         if (p == NULL)
2227                                 return;
2228                         m[0] = p;
2229
2230                         if (vm_pager_get_pages(object, m, 1, 0) != VM_PAGER_OK) {
2231                                 vm_page_free(p);
2232                                 return;
2233                         }
2234
2235                         p = vm_page_lookup(object, pindex);
2236                         vm_page_wakeup(p);
2237                 }
2238
2239                 ptepa = (vm_offset_t) VM_PAGE_TO_PHYS(p);
2240                 if (ptepa & (NBPDR - 1)) {
2241                         return;
2242                 }
2243
2244                 p->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
2245
2246                 pmap->pm_stats.resident_count += size >> PAGE_SHIFT;
2247                 npdes = size >> PDRSHIFT;
2248                 for (i = 0; i < npdes; i++) {
2249                         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2250                             (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_PS);
2251                         ptepa += NBPDR;
2252                         ptepindex += 1;
2253                 }
2254                 vm_page_flag_set(p, PG_MAPPED);
2255                 cpu_invltlb();
2256                 smp_invltlb();
2257                 return;
2258         }
2259 #endif
2260
2261         psize = i386_btop(size);
2262
2263         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2264                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2265                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2266                 return;
2267         }
2268
2269         if (psize + pindex > object->size) {
2270                 if (object->size < pindex)
2271                         return;           
2272                 psize = object->size - pindex;
2273         }
2274
2275
2276         /*
2277          * If we are processing a major portion of the object, then scan the
2278          * entire thing.
2279          *
2280          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2281          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2282          */
2283         crit_enter();
2284         mpte = NULL;
2285         if (psize > (object->resident_page_count >> 2)) {
2286                 objpgs = psize;
2287
2288                 for (p = TAILQ_FIRST(&object->memq);
2289                     objpgs > 0 && p != NULL;
2290                     p = TAILQ_NEXT(p, listq)
2291                 ) {
2292                         tmpidx = p->pindex;
2293                         if (tmpidx < pindex)
2294                                 continue;
2295                         tmpidx -= pindex;
2296                         if (tmpidx >= psize)
2297                                 continue;
2298
2299                         /*
2300                          * don't allow an madvise to blow away our really
2301                          * free pages allocating pv entries.
2302                          */
2303                         if ((limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2304                             vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2305                                 break;
2306                         }
2307                         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2308                                 (p->busy == 0) &&
2309                             (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2310                                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2311                                         vm_page_deactivate(p);
2312                                 vm_page_busy(p);
2313                                 mpte = pmap_enter_quick(pmap, 
2314                                         addr + i386_ptob(tmpidx), p, mpte);
2315                                 vm_page_flag_set(p, PG_MAPPED);
2316                                 vm_page_wakeup(p);
2317                         }
2318                         objpgs -= 1;
2319                 }
2320         } else {
2321                 /*
2322                  * else lookup the pages one-by-one.
2323                  */
2324                 for (tmpidx = 0; tmpidx < psize; tmpidx += 1) {
2325                         /*
2326                          * don't allow an madvise to blow away our really
2327                          * free pages allocating pv entries.
2328                          */
2329                         if ((limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2330                             vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2331                                 break;
2332                         }
2333                         p = vm_page_lookup(object, tmpidx + pindex);
2334                         if (p &&
2335                             ((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2336                                 (p->busy == 0) &&
2337                             (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2338                                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2339                                         vm_page_deactivate(p);
2340                                 vm_page_busy(p);
2341                                 mpte = pmap_enter_quick(pmap, 
2342                                         addr + i386_ptob(tmpidx), p, mpte);
2343                                 vm_page_flag_set(p, PG_MAPPED);
2344                                 vm_page_wakeup(p);
2345                         }
2346                 }
2347         }
2348         crit_exit();
2349 }
2350
2351 /*
2352  * pmap_prefault provides a quick way of clustering pagefaults into a
2353  * processes address space.  It is a "cousin" of pmap_object_init_pt, 
2354  * except it runs at page fault time instead of mmap time.
2355  */
2356 #define PFBAK 4
2357 #define PFFOR 4
2358 #define PAGEORDER_SIZE (PFBAK+PFFOR)
2359
2360 static int pmap_prefault_pageorder[] = {
2361         -PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
2362         -2 * PAGE_SIZE, 2 * PAGE_SIZE,
2363         -3 * PAGE_SIZE, 3 * PAGE_SIZE,
2364         -4 * PAGE_SIZE, 4 * PAGE_SIZE
2365 };
2366
2367 void
2368 pmap_prefault(pmap_t pmap, vm_offset_t addra, vm_map_entry_t entry)
2369 {
2370         int i;
2371         vm_offset_t starta;
2372         vm_offset_t addr;
2373         vm_pindex_t pindex;
2374         vm_page_t m, mpte;
2375         vm_object_t object;
2376
2377         /*
2378          * We do not currently prefault mappings that use virtual page
2379          * tables.  We do not prefault foreign pmaps.
2380          */
2381         if (entry->maptype == VM_MAPTYPE_VPAGETABLE)
2382                 return;
2383         if (curproc == NULL || (pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace)))
2384                 return;
2385
2386         object = entry->object.vm_object;
2387
2388         starta = addra - PFBAK * PAGE_SIZE;
2389         if (starta < entry->start)
2390                 starta = entry->start;
2391         else if (starta > addra)
2392                 starta = 0;
2393
2394         /*
2395          * critical section protection is required to maintain the 
2396          * page/object association, interrupts can free pages and remove 
2397          * them from their objects.
2398          */
2399         mpte = NULL;
2400         crit_enter();
2401         for (i = 0; i < PAGEORDER_SIZE; i++) {
2402                 vm_object_t lobject;
2403                 unsigned *pte;
2404
2405                 addr = addra + pmap_prefault_pageorder[i];
2406                 if (addr > addra + (PFFOR * PAGE_SIZE))
2407                         addr = 0;
2408
2409                 if (addr < starta || addr >= entry->end)
2410                         continue;
2411
2412                 if ((*pmap_pde(pmap, addr)) == NULL) 
2413                         continue;
2414
2415                 pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2416                 if (*pte)
2417                         continue;
2418
2419                 pindex = ((addr - entry->start) + entry->offset) >> PAGE_SHIFT;
2420                 lobject = object;
2421
2422                 for (m = vm_page_lookup(lobject, pindex);
2423                     (!m && (lobject->type == OBJT_DEFAULT) &&
2424                      (lobject->backing_object));
2425                     lobject = lobject->backing_object
2426                 ) {
2427                         if (lobject->backing_object_offset & PAGE_MASK)
2428                                 break;
2429                         pindex += (lobject->backing_object_offset >> PAGE_SHIFT);
2430                         m = vm_page_lookup(lobject->backing_object, pindex);
2431                 }
2432
2433                 /*
2434                  * give-up when a page is not in memory
2435                  */
2436                 if (m == NULL)
2437                         break;
2438
2439                 if (((m->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2440                         (m->busy == 0) &&
2441                     (m->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2442
2443                         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2444                                 vm_page_deactivate(m);
2445                         }
2446                         vm_page_busy(m);
2447                         mpte = pmap_enter_quick(pmap, addr, m, mpte);
2448                         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2449                         vm_page_wakeup(m);
2450                 }
2451         }
2452         crit_exit();
2453 }
2454
2455 /*
2456  *      Routine:        pmap_change_wiring
2457  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2458  *                      pair.
2459  *      In/out conditions:
2460  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2461  */
2462 void
2463 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2464 {
2465         unsigned *pte;
2466
2467         if (pmap == NULL)
2468                 return;
2469
2470         pte = pmap_pte(pmap, va);
2471
2472         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2473                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2474         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2475                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2476
2477         /*
2478          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2479          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2480          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2481          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2482          * wiring changes.
2483          */
2484 #ifdef SMP
2485         if (wired)
2486                 atomic_set_int(pte, PG_W);
2487         else
2488                 atomic_clear_int(pte, PG_W);
2489 #else
2490         if (wired)
2491                 atomic_set_int_nonlocked(pte, PG_W);
2492         else
2493                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_W);
2494 #endif
2495 }
2496
2497
2498
2499 /*
2500  *      Copy the range specified by src_addr/len
2501  *      from the source map to the range dst_addr/len
2502  *      in the destination map.
2503  *
2504  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2505  */
2506 void
2507 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2508         vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2509 {
2510         pmap_inval_info info;
2511         vm_offset_t addr;
2512         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2513         vm_offset_t pdnxt;
2514         unsigned src_frame, dst_frame;
2515         vm_page_t m;
2516
2517         if (dst_addr != src_addr)
2518                 return;
2519
2520         src_frame = ((unsigned) src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2521         if (src_frame != (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
2522                 return;
2523         }
2524
2525         dst_frame = ((unsigned) dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2526         if (dst_frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
2527                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2528                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2529                 cpu_invltlb();
2530         }
2531         pmap_inval_init(&info);
2532         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2533         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2534
2535         /*
2536          * critical section protection is required to maintain the page/object
2537          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2538          * their objects.
2539          */
2540         crit_enter();
2541         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2542                 unsigned *src_pte, *dst_pte;
2543                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2544                 vm_offset_t srcptepaddr;
2545                 unsigned ptepindex;
2546
2547                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2548                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2549
2550                 /*
2551                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2552                  * way below the low water mark of free pages or way
2553                  * above high water mark of used pv entries.
2554                  */
2555                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2556                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2557                         break;
2558                 
2559                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2560                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2561
2562                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
2563                 if (srcptepaddr == 0)
2564                         continue;
2565                         
2566                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
2567                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
2568                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
2569                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
2570                         }
2571                         continue;
2572                 }
2573
2574                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2575                 if ((srcmpte == NULL) ||
2576                         (srcmpte->hold_count == 0) || (srcmpte->flags & PG_BUSY))
2577                         continue;
2578
2579                 if (pdnxt > end_addr)
2580                         pdnxt = end_addr;
2581
2582                 src_pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2583                 dst_pte = (unsigned *) avtopte(addr);
2584                 while (addr < pdnxt) {
2585                         unsigned ptetemp;
2586                         ptetemp = *src_pte;
2587                         /*
2588                          * we only virtual copy managed pages
2589                          */
2590                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
2591                                 /*
2592                                  * We have to check after allocpte for the
2593                                  * pte still being around...  allocpte can
2594                                  * block.
2595                                  */
2596                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
2597                                 if ((*dst_pte == 0) && (ptetemp = *src_pte)) {
2598                                         /*
2599                                          * Clear the modified and
2600                                          * accessed (referenced) bits
2601                                          * during the copy.
2602                                          */
2603                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
2604                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
2605                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
2606                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
2607                                                 dstmpte, m);
2608                                 } else {
2609                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
2610                                 }
2611                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
2612                                         break;
2613                         }
2614                         addr += PAGE_SIZE;
2615                         src_pte++;
2616                         dst_pte++;
2617                 }
2618         }
2619         crit_exit();
2620         pmap_inval_flush(&info);
2621 }       
2622
2623 /*
2624  *      Routine:        pmap_kernel
2625  *      Function:
2626  *              Returns the physical map handle for the kernel.
2627  */
2628 pmap_t
2629 pmap_kernel(void)
2630 {
2631         return (kernel_pmap);
2632 }
2633
2634 /*
2635  * pmap_zero_page:
2636  *
2637  *      Zero the specified PA by mapping the page into KVM and clearing its
2638  *      contents.
2639  *
2640  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
2641  *      required.
2642  */
2643 void
2644 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
2645 {
2646         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2647
2648         crit_enter();
2649         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2650                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2651         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2652                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2653         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2654
2655 #if defined(I686_CPU)
2656         if (cpu_class == CPUCLASS_686)
2657                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2658         else
2659 #endif
2660                 bzero(gd->gd_CADDR3, PAGE_SIZE);
2661         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2662         crit_exit();
2663 }
2664
2665 /*
2666  * pmap_page_assertzero:
2667  *
2668  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
2669  */
2670 void
2671 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
2672 {
2673         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2674         int i;
2675
2676         crit_enter();
2677         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2678                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2679         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2680                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2681         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2682         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += 4) {
2683             if (*(int *)((char *)gd->gd_CADDR3 + i) != 0) {
2684                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
2685                     (void *)gd->gd_CADDR3);
2686             }
2687         }
2688         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2689         crit_exit();
2690 }
2691
2692 /*
2693  * pmap_zero_page:
2694  *
2695  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
2696  *      its contents with bzero.
2697  *
2698  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
2699  */
2700 void
2701 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
2702 {
2703         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2704
2705         crit_enter();
2706         if (*(int *) gd->gd_CMAP3)
2707                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2708         *(int *) gd->gd_CMAP3 = PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2709         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2710
2711 #if defined(I686_CPU)
2712         if (cpu_class == CPUCLASS_686 && off == 0 && size == PAGE_SIZE)
2713                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2714         else
2715 #endif
2716                 bzero((char *)gd->gd_CADDR3 + off, size);
2717         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2718         crit_exit();
2719 }
2720
2721 /*
2722  * pmap_copy_page:
2723  *
2724  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2725  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2726  *      is required.
2727  */
2728 void
2729 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
2730 {
2731         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2732
2733         crit_enter();
2734         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2735                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2736         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2737                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2738
2739         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2740         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2741
2742         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2743         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2744
2745         bcopy(gd->gd_CADDR1, gd->gd_CADDR2, PAGE_SIZE);
2746
2747         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2748         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2749         crit_exit();
2750 }
2751
2752 /*
2753  * pmap_copy_page_frag:
2754  *
2755  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2756  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2757  *      is required.
2758  */
2759 void
2760 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
2761 {
2762         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2763
2764         crit_enter();
2765         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2766                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2767         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2768                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2769
2770         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2771         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2772
2773         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2774         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2775
2776         bcopy((char *)gd->gd_CADDR1 + (src & PAGE_MASK),
2777               (char *)gd->gd_CADDR2 + (dst & PAGE_MASK),
2778               bytes);
2779
2780         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2781         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2782         crit_exit();
2783 }
2784
2785 /*
2786  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
2787  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
2788  * be changed upwards or downwards in the future; it
2789  * is only necessary that true be returned for a small
2790  * subset of pmaps for proper page aging.
2791  */
2792 boolean_t
2793 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
2794 {
2795         pv_entry_t pv;
2796         int loops = 0;
2797
2798         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2799                 return FALSE;
2800
2801         crit_enter();
2802
2803         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2804                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
2805                         crit_exit();
2806                         return TRUE;
2807                 }
2808                 loops++;
2809                 if (loops >= 16)
2810                         break;
2811         }
2812         crit_exit();
2813         return (FALSE);
2814 }
2815
2816 /*
2817  * Remove all pages from specified address space
2818  * this aids process exit speeds.  Also, this code
2819  * is special cased for current process only, but
2820  * can have the more generic (and slightly slower)
2821  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
2822  * in the case of running down an entire address space.
2823  */
2824 void
2825 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2826 {
2827         unsigned *pte, tpte;
2828         pv_entry_t pv, npv;
2829         vm_page_t m;
2830         pmap_inval_info info;
2831         int iscurrentpmap;
2832
2833         if (curproc && pmap == vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2834                 iscurrentpmap = 1;
2835         else
2836                 iscurrentpmap = 0;
2837
2838         pmap_inval_init(&info);
2839         crit_enter();
2840         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
2841
2842                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
2843                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2844                         continue;
2845                 }
2846
2847                 if (iscurrentpmap)
2848                         pte = (unsigned *)vtopte(pv->pv_va);
2849                 else
2850                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2851                 if (pmap->pm_active)
2852                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2853                 tpte = *pte;
2854
2855                 /*
2856                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
2857                  * at this time
2858                  */
2859                 if (tpte & PG_W) {
2860                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2861                         continue;
2862                 }
2863                 *pte = 0;
2864
2865                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte);
2866
2867                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2868                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %x", tpte));
2869
2870                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
2871
2872                 /*
2873                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2874                  */
2875                 if (tpte & PG_M) {
2876                         vm_page_dirty(m);
2877                 }
2878
2879
2880                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2881                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2882
2883                 m->md.pv_list_count--;
2884                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2885                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
2886                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2887                 }
2888
2889                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2890                 free_pv_entry(pv);
2891         }
2892         pmap_inval_flush(&info);
2893         crit_exit();
2894 }
2895
2896 /*
2897  * pmap_testbit tests bits in pte's
2898  * note that the testbit/changebit routines are inline,
2899  * and a lot of things compile-time evaluate.
2900  */
2901 static boolean_t
2902 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
2903 {
2904         pv_entry_t pv;
2905         unsigned *pte;
2906
2907         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2908                 return FALSE;
2909
2910         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
2911                 return FALSE;
2912
2913         crit_enter();
2914
2915         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2916                 /*
2917                  * if the bit being tested is the modified bit, then
2918                  * mark clean_map and ptes as never
2919                  * modified.
2920                  */
2921                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
2922                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2923                                 continue;
2924                 }
2925
2926 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2927                 if (!pv->pv_pmap) {
2928                         printf("Null pmap (tb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2929                         continue;
2930                 }
2931 #endif
2932                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2933                 if (*pte & bit) {
2934                         crit_exit();
2935                         return TRUE;
2936                 }
2937         }
2938         crit_exit();
2939         return (FALSE);
2940 }
2941
2942 /*
2943  * this routine is used to modify bits in ptes
2944  */
2945 static __inline void
2946 pmap_changebit(vm_page_t m, int bit, boolean_t setem)
2947 {
2948         struct pmap_inval_info info;
2949         pv_entry_t pv;
2950         unsigned *pte;
2951
2952         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2953                 return;
2954
2955         pmap_inval_init(&info);
2956         crit_enter();
2957
2958         /*
2959          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
2960          * setting RO do we need to clear the VAC?
2961          */
2962         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2963                 /*
2964                  * don't write protect pager mappings
2965                  */
2966                 if (!setem && (bit == PG_RW)) {
2967                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2968                                 continue;
2969                 }
2970
2971 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2972                 if (!pv->pv_pmap) {
2973                         printf("Null pmap (cb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2974                         continue;
2975                 }
2976 #endif
2977
2978                 /*
2979                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
2980                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
2981                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
2982                  */
2983                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2984                 if (bit == PG_RW)
2985                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2986
2987                 if (setem) {
2988 #ifdef SMP
2989                         atomic_set_int(pte, bit);
2990 #else
2991                         atomic_set_int_nonlocked(pte, bit);
2992 #endif
2993                 } else {
2994                         vm_offset_t pbits = *(vm_offset_t *)pte;
2995                         if (pbits & bit) {
2996                                 if (bit == PG_RW) {
2997                                         if (pbits & PG_M) {
2998                                                 vm_page_dirty(m);
2999                                         }
3000 #ifdef SMP
3001                                         atomic_clear_int(pte, PG_M|PG_RW);
3002 #else
3003                                         atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_M|PG_RW);
3004 #endif
3005                                 } else {
3006 #ifdef SMP
3007                                         atomic_clear_int(pte, bit);
3008 #else
3009                                         atomic_clear_int_nonlocked(pte, bit);
3010 #endif
3011                                 }
3012                         }
3013                 }
3014         }
3015         pmap_inval_flush(&info);
3016         crit_exit();
3017 }
3018
3019 /*
3020  *      pmap_page_protect:
3021  *
3022  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3023  */
3024 void
3025 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3026 {
3027         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3028                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3029                         pmap_changebit(m, PG_RW, FALSE);
3030                 } else {
3031                         pmap_remove_all(m);
3032                 }
3033         }
3034 }
3035
3036 vm_paddr_t
3037 pmap_phys_address(int ppn)
3038 {
3039         return (i386_ptob(ppn));
3040 }
3041
3042 /*
3043  *      pmap_ts_referenced:
3044  *
3045  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3046  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3047  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3048  *      reference bits set.
3049  *
3050  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3051  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3052  *      optimal aging of shared pages.
3053  */
3054 int
3055 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3056 {
3057         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3058         unsigned *pte;
3059         int rtval = 0;
3060
3061         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3062                 return (rtval);
3063
3064         crit_enter();
3065
3066         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3067
3068                 pvf = pv;
3069
3070                 do {
3071                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3072
3073                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3074
3075                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3076
3077                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3078                                 continue;
3079
3080                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3081
3082                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3083 #ifdef SMP
3084                                 atomic_clear_int(pte, PG_A);
3085 #else
3086                                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_A);
3087 #endif
3088                                 rtval++;
3089                                 if (rtval > 4) {
3090                                         break;
3091                                 }
3092                         }
3093                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3094         }
3095         crit_exit();
3096
3097         return (rtval);
3098 }
3099
3100 /*
3101  *      pmap_is_modified:
3102  *
3103  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3104  *      in any physical maps.
3105  */
3106 boolean_t
3107 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3108 {
3109         return pmap_testbit(m, PG_M);
3110 }
3111
3112 /*
3113  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3114  */
3115 void
3116 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3117 {
3118         pmap_changebit(m, PG_M, FALSE);
3119 }
3120
3121 /*
3122  *      pmap_clear_reference:
3123  *
3124  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3125  */
3126 void
3127 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3128 {
3129         pmap_changebit(m, PG_A, FALSE);
3130 }
3131
3132 /*
3133  * Miscellaneous support routines follow
3134  */
3135
3136 static void
3137 i386_protection_init(void)
3138 {
3139         int *kp, prot;
3140
3141         kp = protection_codes;
3142         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3143                 switch (prot) {
3144                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3145                         /*
3146                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3147                          * so just make it readable.
3148                          */
3149                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3150                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3151                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3152                         *kp++ = 0;
3153                         break;
3154                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3155                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3156                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3157                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3158                         *kp++ = PG_RW;
3159                         break;
3160                 }
3161         }
3162 }
3163
3164 /*
3165  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3166  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3167  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3168  * NOT real memory.
3169  *
3170  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3171  * a time.
3172  */
3173 void *
3174 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3175 {
3176         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3177         unsigned *pte;
3178
3179         offset = pa & PAGE_MASK;
3180         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3181
3182         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
3183         if (!va)
3184                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3185
3186         pa = pa & PG_FRAME;
3187         for (tmpva = va; size > 0;) {
3188                 pte = (unsigned *)vtopte(tmpva);
3189                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3190                 size -= PAGE_SIZE;
3191                 tmpva += PAGE_SIZE;
3192                 pa += PAGE_SIZE;
3193         }
3194         cpu_invltlb();
3195         smp_invltlb();
3196
3197         return ((void *)(va + offset));
3198 }
3199
3200 void
3201 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3202 {
3203         vm_offset_t base, offset;
3204
3205         base = va & PG_FRAME;
3206         offset = va & PAGE_MASK;
3207         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3208         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3209         kmem_free(kernel_map, base, size);
3210 }
3211
3212 /*
3213  * perform the pmap work for mincore
3214  */
3215 int
3216 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3217 {
3218         unsigned *ptep, pte;
3219         vm_page_t m;
3220         int val = 0;
3221         
3222         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3223         if (ptep == 0) {
3224                 return 0;
3225         }
3226
3227         if ((pte = *ptep) != 0) {
3228                 vm_offset_t pa;
3229
3230                 val = MINCORE_INCORE;
3231                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3232                         return val;
3233
3234                 pa = pte & PG_FRAME;
3235
3236                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3237
3238                 /*
3239                  * Modified by us
3240                  */
3241                 if (pte & PG_M)
3242                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3243                 /*
3244                  * Modified by someone
3245                  */
3246                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3247                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3248                 /*
3249                  * Referenced by us
3250                  */
3251                 if (pte & PG_A)
3252                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3253
3254                 /*
3255                  * Referenced by someone
3256                  */
3257                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3258                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3259                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3260                 }
3261         } 
3262         return val;
3263 }
3264
3265 void
3266 pmap_activate(struct proc *p)
3267 {
3268         pmap_t  pmap;
3269
3270         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3271 #if defined(SMP)
3272         atomic_set_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3273 #else
3274         pmap->pm_active |= 1;
3275 #endif
3276 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3277         tlb_flush_count++;
3278 #endif
3279         p->p_thread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
3280         load_cr3(p->p_thread->td_pcb->pcb_cr3);
3281 }
3282
3283 void
3284 pmap_deactivate(struct proc *p)
3285 {
3286         pmap_t  pmap;
3287
3288         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3289 #if defined(SMP)
3290         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3291 #else
3292         pmap->pm_active &= ~1;
3293 #endif
3294         /*
3295          * XXX - note we do not adjust %cr3.  The caller is expected to
3296          * activate a new pmap or do a thread-exit.
3297          */
3298 }
3299
3300 vm_offset_t
3301 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3302 {
3303
3304         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3305                 return addr;
3306         }
3307
3308         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3309         return addr;
3310 }
3311
3312
3313 #if defined(DEBUG)
3314
3315 static void     pads (pmap_t pm);
3316 void            pmap_pvdump (vm_paddr_t pa);
3317
3318 /* print address space of pmap*/
3319 static void
3320 pads(pmap_t pm)
3321 {
3322         unsigned va, i, j;
3323         unsigned *ptep;
3324
3325         if (pm == kernel_pmap)
3326                 return;
3327         for (i = 0; i < 1024; i++)
3328                 if (pm->pm_pdir[i])
3329                         for (j = 0; j < 1024; j++) {
3330                                 va = (i << PDRSHIFT) + (j << PAGE_SHIFT);
3331                                 if (pm == kernel_pmap && va < KERNBASE)
3332                                         continue;
3333                                 if (pm != kernel_pmap && va > UPT_MAX_ADDRESS)
3334                                         continue;
3335                                 ptep = pmap_pte_quick(pm, va);
3336                                 if (pmap_pte_v(ptep))
3337                                         printf("%x:%x ", va, *(int *) ptep);
3338                         };
3339
3340 }
3341
3342 void
3343 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
3344 {
3345         pv_entry_t pv;
3346         vm_page_t m;
3347
3348         printf("pa %08llx", (long long)pa);
3349         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3350         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3351 #ifdef used_to_be
3352                 printf(" -> pmap %p, va %x, flags %x",
3353                     (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_flags);
3354 #endif
3355                 printf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3356                 pads(pv->pv_pmap);
3357         }
3358         printf(" ");
3359 }
3360 #endif