pat: Add pmap_invalidate_cache_pages()
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
9  * Copyright (c) 2011-2012 Matthew Dillon
10  * All rights reserved.
11  *
12  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
13  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
14  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
15  *
16  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
17  * modification, are permitted provided that the following conditions
18  * are met:
19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
21  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
23  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
24  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
25  *    must display the following acknowledgement:
26  *      This product includes software developed by the University of
27  *      California, Berkeley and its contributors.
28  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
29  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
30  *    without specific prior written permission.
31  *
32  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
33  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
34  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
35  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
36  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
37  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
38  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
39  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
40  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
41  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
42  * SUCH DAMAGE.
43  */
44 /*
45  * Manage physical address maps for x86-64 systems.
46  */
47
48 #if JG
49 #include "opt_disable_pse.h"
50 #include "opt_pmap.h"
51 #endif
52 #include "opt_msgbuf.h"
53
54 #include <sys/param.h>
55 #include <sys/systm.h>
56 #include <sys/kernel.h>
57 #include <sys/proc.h>
58 #include <sys/msgbuf.h>
59 #include <sys/vmmeter.h>
60 #include <sys/mman.h>
61
62 #include <vm/vm.h>
63 #include <vm/vm_param.h>
64 #include <sys/sysctl.h>
65 #include <sys/lock.h>
66 #include <vm/vm_kern.h>
67 #include <vm/vm_page.h>
68 #include <vm/vm_map.h>
69 #include <vm/vm_object.h>
70 #include <vm/vm_extern.h>
71 #include <vm/vm_pageout.h>
72 #include <vm/vm_pager.h>
73 #include <vm/vm_zone.h>
74
75 #include <sys/user.h>
76 #include <sys/thread2.h>
77 #include <sys/sysref2.h>
78 #include <sys/spinlock2.h>
79 #include <vm/vm_page2.h>
80
81 #include <machine/cputypes.h>
82 #include <machine/md_var.h>
83 #include <machine/specialreg.h>
84 #include <machine/smp.h>
85 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
86 #include <machine/globaldata.h>
87 #include <machine/pmap.h>
88 #include <machine/pmap_inval.h>
89 #include <machine/inttypes.h>
90
91 #include <ddb/ddb.h>
92
93 #define PMAP_KEEP_PDIRS
94 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
95 #define PMAP_SHPGPERPROC 2000
96 #endif
97
98 #if defined(DIAGNOSTIC)
99 #define PMAP_DIAGNOSTIC
100 #endif
101
102 #define MINPV 2048
103
104 /*
105  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
106  */
107 #ifdef PMAP_DEBUG
108
109 #define PMAP_DEBUG_DECL         ,const char *func, int lineno
110 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
111 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
112
113 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex            \
114                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
115 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
116                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
117 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
118                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
119 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
120                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
121
122 #else
123
124 #define PMAP_DEBUG_DECL
125 #define PMAP_DEBUG_ARGS
126 #define PMAP_DEBUG_COPY
127
128 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex)
129 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
130 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
131 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
132
133 #endif
134
135 /*
136  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
137  */
138 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
139
140 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
141 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
142 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
143 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
144 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
145
146 /*
147  * Given a map and a machine independent protection code,
148  * convert to a vax protection code.
149  */
150 #define pte_prot(m, p)          \
151         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
152 static int protection_codes[8];
153
154 struct pmap kernel_pmap;
155 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
156
157 MALLOC_DEFINE(M_OBJPMAP, "objpmap", "pmaps associated with VM objects");
158
159 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
160 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
161 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
162 vm_offset_t virtual2_end;
163 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
164 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
165 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
166 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
167 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
168 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
169 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
170 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
171 uint64_t PatMsr;
172
173 static int ndmpdp;
174 static vm_paddr_t dmaplimit;
175 static int nkpt;
176 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
177
178 #define PAT_INDEX_SIZE  8
179 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
180 /*static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];*/    /* PAT -> PG_ bits */
181
182 static uint64_t KPTbase;
183 static uint64_t KPTphys;
184 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
185 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
186 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
187 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
188
189 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
190 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
191
192 /*
193  * Data for the pv entry allocation mechanism
194  */
195 static vm_zone_t pvzone;
196 static struct vm_zone pvzone_store;
197 static struct vm_object pvzone_obj;
198 static int pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
199 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
200 static struct pv_entry *pvinit;
201
202 /*
203  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
204  */
205 pt_entry_t *CMAP1 = NULL, *ptmmap;
206 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
207 static pt_entry_t *msgbufmap;
208 struct msgbuf *msgbufp=NULL;
209
210 /*
211  * Crashdump maps.
212  */
213 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
214 static caddr_t crashdumpmap;
215
216 static int pmap_yield_count = 64;
217 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
218     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
219 static int pmap_mmu_optimize = 0;
220 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_mmu_optimize, CTLFLAG_RW,
221     &pmap_mmu_optimize, 0, "Share page table pages when possible");
222
223 #define DISABLE_PSE
224
225 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
226 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
227                                 PMAP_DEBUG_DECL);
228 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
229 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
230                                 PMAP_DEBUG_DECL);
231 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
232 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
233                                 PMAP_DEBUG_DECL);
234 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex
235                                 PMAP_DEBUG_DECL);
236 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp);
237 static pv_entry_t pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex);
238 static void pv_put(pv_entry_t pv);
239 static void pv_free(pv_entry_t pv);
240 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
241 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
242                       pv_entry_t *pvpp);
243 static pv_entry_t pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
244                       pv_entry_t *pvpp, vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va);
245 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
246                       struct pmap_inval_info *info);
247 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv);
248 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp);
249
250 struct pmap_scan_info;
251 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
252                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
253                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
254 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
255                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
256                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
257
258 static void i386_protection_init (void);
259 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
260 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
261 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
262
263 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
264 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
265
266 static unsigned pdir4mb;
267
268 static int
269 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
270 {
271         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
272                 return(-1);
273         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
274                 return(1);
275         return(0);
276 }
277
278 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
279              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
280
281 /*
282  * Move the kernel virtual free pointer to the next
283  * 2MB.  This is used to help improve performance
284  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
285  * (.text, .data, .bss)
286  */
287 static
288 vm_offset_t
289 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
290 {
291         vm_offset_t newaddr = addr;
292
293         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
294         return newaddr;
295 }
296
297 /*
298  * pmap_pte_quick:
299  *
300  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
301  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
302  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
303  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
304  */
305 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
306
307 static
308 pt_entry_t *
309 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
310 {
311         return pmap_pte(pmap, va);
312 }
313
314 /*
315  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
316  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
317  *
318  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
319  * We want to properly translate negative KVAs.
320  */
321 static __inline
322 vm_pindex_t
323 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
324 {
325         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
326 }
327
328 /*
329  * Returns the pindex of a page table.
330  */
331 static __inline
332 vm_pindex_t
333 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
334 {
335         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
336 }
337
338 /*
339  * Returns the pindex of a page directory.
340  */
341 static __inline
342 vm_pindex_t
343 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
344 {
345         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
346                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
347 }
348
349 static __inline
350 vm_pindex_t
351 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
352 {
353         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
354                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
355 }
356
357 static __inline
358 vm_pindex_t
359 pmap_pml4_pindex(void)
360 {
361         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
362 }
363
364 /*
365  * Return various clipped indexes for a given VA
366  *
367  * Returns the index of a pte in a page table, representing a terminal
368  * page.
369  */
370 static __inline
371 vm_pindex_t
372 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
373 {
374         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
375 }
376
377 /*
378  * Returns the index of a pt in a page directory, representing a page
379  * table.
380  */
381 static __inline
382 vm_pindex_t
383 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
384 {
385         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
386 }
387
388 /*
389  * Returns the index of a pd in a page directory page, representing a page
390  * directory.
391  */
392 static __inline
393 vm_pindex_t
394 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
395 {
396         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
397 }
398
399 /*
400  * Returns the index of a pdp in the pml4 table, representing a page
401  * directory page.
402  */
403 static __inline
404 vm_pindex_t
405 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
406 {
407         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
408 }
409
410 /*
411  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
412  *
413  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
414  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
415  */
416 static
417 void *
418 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
419 {
420         pt_entry_t *pte;
421
422         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
423         return(&pte[pindex]);
424 }
425
426 /*
427  * Return pointer to PDP slot in the PML4
428  */
429 static __inline
430 pml4_entry_t *
431 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
432 {
433         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
434 }
435
436 /*
437  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
438  */
439 static __inline
440 pdp_entry_t *
441 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
442 {
443         pdp_entry_t *pd;
444
445         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
446         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
447 }
448
449 /*
450  * Return pointer to PD slot in the PDP.
451  */
452 static __inline
453 pdp_entry_t *
454 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
455 {
456         pml4_entry_t *pdp;
457
458         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
459         if ((*pdp & PG_V) == 0)
460                 return NULL;
461         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
462 }
463
464 /*
465  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
466  */
467 static __inline
468 pd_entry_t *
469 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
470 {
471         pd_entry_t *pt;
472
473         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
474         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
475 }
476
477 /*
478  * Return pointer to PT slot in the PD
479  *
480  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
481  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
482  *                   must look it up via the pmap.
483  */
484 static __inline
485 pd_entry_t *
486 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
487 {
488         pdp_entry_t *pd;
489         pv_entry_t pv;
490         vm_pindex_t pd_pindex;
491
492         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
493                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
494                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
495                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
496                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
497                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL)
498                         return NULL;
499                 return (pmap_pd_to_pt(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m), va));
500         } else {
501                 pd = pmap_pd(pmap, va);
502                 if (pd == NULL || (*pd & PG_V) == 0)
503                          return NULL;
504                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
505         }
506 }
507
508 /*
509  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
510  */
511 static __inline
512 pt_entry_t *
513 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
514 {
515         pt_entry_t *pte;
516
517         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
518         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
519 }
520
521 /*
522  * Return pointer to PTE slot in the PT
523  */
524 static __inline
525 pt_entry_t *
526 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
527 {
528         pd_entry_t *pt;
529
530         pt = pmap_pt(pmap, va);
531         if (pt == NULL || (*pt & PG_V) == 0)
532                  return NULL;
533         if ((*pt & PG_PS) != 0)
534                 return ((pt_entry_t *)pt);
535         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
536 }
537
538 /*
539  * Of all the layers (PTE, PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
540  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
541  */
542 static __inline
543 void
544 pv_cache(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
545 {
546         if (pindex >= pmap_pt_pindex(0) && pindex <= pmap_pd_pindex(0))
547                 pv->pv_pmap->pm_pvhint = pv;
548 }
549
550
551 /*
552  * KVM - return address of PT slot in PD
553  */
554 static __inline
555 pd_entry_t *
556 vtopt(vm_offset_t va)
557 {
558         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
559                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
560
561         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
562 }
563
564 /*
565  * KVM - return address of PTE slot in PT
566  */
567 static __inline
568 pt_entry_t *
569 vtopte(vm_offset_t va)
570 {
571         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
572                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
573
574         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
575 }
576
577 static uint64_t
578 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
579 {
580         uint64_t ret;
581
582         ret = *firstaddr;
583         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
584         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
585         return (ret);
586 }
587
588 static
589 void
590 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
591 {
592         long i;         /* must be 64 bits */
593         long nkpt_base;
594         long nkpt_phys;
595         int j;
596
597         /*
598          * We are running (mostly) V=P at this point
599          *
600          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
601          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
602          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
603          *
604          * Maxmem is in pages.
605          *
606          * ndmpdp is the number of 1GB pages we wish to map.
607          */
608         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
609         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
610                 ndmpdp = 4;
611         KKASSERT(ndmpdp <= NKPDPE * NPDEPG);
612
613         /*
614          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
615          */
616         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
617         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
618         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E +
619                        ndmpdp) + 511) / 512;
620         nkpt_phys += 128;
621
622         /*
623          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
624          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
625          */
626         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
627
628         /*
629          * Allocate pages
630          */
631         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
632         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
633         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
634         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
635         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
636
637         /*
638          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
639          * that is where we start populating the page table pages.
640          * Basically this is the end - 2.
641          */
642         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
643
644         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
645         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
646                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
647         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
648
649         /*
650          * Fill in the underlying page table pages for the area around
651          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
652          *
653          * Read-only from zero to physfree
654          * XXX not fully used, underneath 2M pages
655          */
656         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
657                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
658                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
659         }
660
661         /*
662          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
663          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
664          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
665          * data, bss, and initial pre-allocations.
666          */
667         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
668                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
669                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
670         }
671         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
672                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
673                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
674         }
675
676         /*
677          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
678          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
679          * above in the KERNBASE area.
680          */
681         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
682                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
683                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
684         }
685
686         /*
687          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
688          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
689          */
690         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
691                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
692                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
693                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
694                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
695         }
696
697         /*
698          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
699          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
700          *
701          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
702          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
703          */
704         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
705                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
706                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
707                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
708                                                        PG_G | PG_M | PG_A;
709                 }
710
711                 /*
712                  * And the direct map space's PDP
713                  */
714                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
715                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
716                                                         (i << PAGE_SHIFT);
717                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
718                 }
719         } else {
720                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
721                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
722                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
723                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
724                                                          PG_G | PG_M | PG_A;
725                 }
726         }
727
728         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
729         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
730         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
731
732         /*
733          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
734          */
735         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
736                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
737                         (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
738                         PG_RW | PG_V | PG_U;
739         }
740
741         /*
742          * Connect the KVA slot up to the PML4
743          */
744         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
745         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
746 }
747
748 /*
749  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
750  *
751  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
752  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
753  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
754  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
755  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
756  *      (physical) address starting relative to 0]
757  */
758 void
759 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
760 {
761         vm_offset_t va;
762         pt_entry_t *pte;
763
764         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
765         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
766         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
767
768         avail_start = *firstaddr;
769
770         /*
771          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
772          */
773         create_pagetables(firstaddr);
774
775         virtual2_start = KvaStart;
776         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
777
778         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
779         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
780
781         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
782
783         /* XXX do %cr0 as well */
784         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
785         load_cr3(KPML4phys);
786
787         /*
788          * Initialize protection array.
789          */
790         i386_protection_init();
791
792         /*
793          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
794          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
795          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
796          */
797         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
798         kernel_pmap.pm_count = 1;
799         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
800         RB_INIT(&kernel_pmap.pm_pvroot);
801         spin_init(&kernel_pmap.pm_spin);
802         lwkt_token_init(&kernel_pmap.pm_token, "kpmap_tok");
803
804         /*
805          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
806          * mapping of pages.
807          */
808 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
809         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
810
811         va = virtual_start;
812         pte = vtopte(va);
813
814         /*
815          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
816          */
817         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
818
819         /*
820          * Crashdump maps.
821          */
822         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
823
824         /*
825          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
826          * /dev/mem.
827          */
828         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
829
830         /*
831          * msgbufp is used to map the system message buffer.
832          * XXX msgbufmap is not used.
833          */
834         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
835                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
836
837         virtual_start = va;
838
839         *CMAP1 = 0;
840
841         /*
842          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
843          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
844          * works under UP because self-referential page table mappings
845          */
846         pgeflag = 0;
847
848 /*
849  * Initialize the 4MB page size flag
850  */
851         pseflag = 0;
852 /*
853  * The 4MB page version of the initial
854  * kernel page mapping.
855  */
856         pdir4mb = 0;
857
858 #if !defined(DISABLE_PSE)
859         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
860                 pt_entry_t ptditmp;
861                 /*
862                  * Note that we have enabled PSE mode
863                  */
864                 pseflag = PG_PS;
865                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
866                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
867                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
868                 pdir4mb = ptditmp;
869         }
870 #endif
871         cpu_invltlb();
872
873         /* Initialize the PAT MSR */
874         pmap_init_pat();
875 }
876
877 /*
878  * Setup the PAT MSR.
879  */
880 void
881 pmap_init_pat(void)
882 {
883         uint64_t pat_msr;
884         u_long cr0, cr4;
885
886         /*
887          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
888          * The default values effectively ignore the PATi bit by
889          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
890          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
891          */
892         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
893                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
894                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
895                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
896                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
897                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
898                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
899                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
900         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
901         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | PG_NC_PWT;
902         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = PG_NC_PCD;
903         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = PG_NC_PCD | PG_NC_PWT;
904         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
905         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
906
907         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
908                 /*
909                  * If we support the PAT then set-up entries for
910                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
911                  * 4 and 5.
912                  */
913                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(4)) |
914                           PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_PROTECTED);
915                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
916                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_COMBINING);
917                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = PG_PTE_PAT | 0;
918                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = PG_PTE_PAT | PG_NC_PWT;
919
920                 /*
921                  * Then enable the PAT
922                  */
923
924                 /* Disable PGE. */
925                 cr4 = rcr4();
926                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
927
928                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
929                 cr0 = rcr0();
930                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
931
932                 /* Flushes caches and TLBs. */
933                 wbinvd();
934                 cpu_invltlb();
935
936                 /* Update PAT and index table. */
937                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
938
939                 /* Flush caches and TLBs again. */
940                 wbinvd();
941                 cpu_invltlb();
942
943                 /* Restore caches and PGE. */
944                 load_cr0(cr0);
945                 load_cr4(cr4);
946                 PatMsr = pat_msr;
947         }
948 }
949
950 /*
951  * Set 4mb pdir for mp startup
952  */
953 void
954 pmap_set_opt(void)
955 {
956         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
957                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
958                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
959                         cpu_invltlb();
960                 }
961         }
962 }
963
964 /*
965  *      Initialize the pmap module.
966  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
967  *      system needs to map virtual memory.
968  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
969  *      way, discontiguous physical memory.
970  */
971 void
972 pmap_init(void)
973 {
974         int i;
975         int initial_pvs;
976
977         /*
978          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
979          * pv_head_table.
980          */
981
982         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
983                 vm_page_t m;
984
985                 m = &vm_page_array[i];
986                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
987         }
988
989         /*
990          * init the pv free list
991          */
992         initial_pvs = vm_page_array_size;
993         if (initial_pvs < MINPV)
994                 initial_pvs = MINPV;
995         pvzone = &pvzone_store;
996         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
997                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
998         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
999                   pvinit, initial_pvs);
1000
1001         /*
1002          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1003          */
1004         pmap_initialized = TRUE;
1005 }
1006
1007 /*
1008  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1009  * high water mark so that the system can recover from excessive
1010  * numbers of pv entries.
1011  */
1012 void
1013 pmap_init2(void)
1014 {
1015         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
1016         int entry_max;
1017
1018         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1019         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
1020         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1021         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1022
1023         /*
1024          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1025          */
1026         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
1027         if (entry_max <= 0)
1028                 entry_max = 1;
1029
1030         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
1031 }
1032
1033
1034 /***************************************************
1035  * Low level helper routines.....
1036  ***************************************************/
1037
1038 /*
1039  * this routine defines the region(s) of memory that should
1040  * not be tested for the modified bit.
1041  */
1042 static __inline
1043 int
1044 pmap_track_modified(vm_pindex_t pindex)
1045 {
1046         vm_offset_t va = (vm_offset_t)pindex << PAGE_SHIFT;
1047         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
1048                 return 1;
1049         else
1050                 return 0;
1051 }
1052
1053 /*
1054  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1055  * The page must be wired for this to work reliably.
1056  *
1057  * XXX for the moment we're using pv_find() instead of pv_get(), as
1058  *     callers might be expecting non-blocking operation.
1059  */
1060 vm_paddr_t 
1061 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1062 {
1063         vm_paddr_t rtval;
1064         pv_entry_t pt_pv;
1065         pt_entry_t *ptep;
1066
1067         rtval = 0;
1068         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1069                 /*
1070                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1071                  * there is typically no PV tracking of pte's
1072                  */
1073                 pd_entry_t *pt;
1074
1075                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1076                 if (pt && (*pt & PG_V)) {
1077                         if (*pt & PG_PS) {
1078                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1079                                 rtval |= va & PDRMASK;
1080                         } else {
1081                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1082                                 if (*pt & PG_V) {
1083                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1084                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1085                                 }
1086                         }
1087                 }
1088         } else {
1089                 /*
1090                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1091                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1092                  * will have a PV.
1093                  */
1094                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1095                 if (pt_pv) {
1096                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1097                         if (*ptep & PG_V) {
1098                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1099                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1100                         }
1101                         pv_drop(pt_pv);
1102                 }
1103         }
1104         return rtval;
1105 }
1106
1107 /*
1108  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1109  */
1110 vm_paddr_t
1111 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1112 {
1113         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1114         vm_paddr_t pa;
1115
1116         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1117                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1118         } else {
1119                 pt = *vtopt(va);
1120                 if (pt & PG_PS) {
1121                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1122                 } else {
1123                         /*
1124                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1125                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1126                          * be used to access the PTE because it would use the
1127                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1128                          * because the page table page is preserved by the
1129                          * promotion.
1130                          */
1131                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1132                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1133                 }
1134         }
1135         return pa;
1136 }
1137
1138 /***************************************************
1139  * Low level mapping routines.....
1140  ***************************************************/
1141
1142 /*
1143  * Routine: pmap_kenter
1144  * Function:
1145  *      Add a wired page to the KVA
1146  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
1147  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
1148  */
1149 void 
1150 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1151 {
1152         pt_entry_t *pte;
1153         pt_entry_t npte;
1154         pmap_inval_info info;
1155
1156         pmap_inval_init(&info);                         /* XXX remove */
1157         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1158         pte = vtopte(va);
1159         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);  /* XXX remove */
1160         *pte = npte;
1161         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);    /* XXX remove */
1162         pmap_inval_done(&info);                         /* XXX remove */
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Routine: pmap_kenter_quick
1167  * Function:
1168  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
1169  *      mapping on the current CPU.
1170  */
1171 void
1172 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1173 {
1174         pt_entry_t *pte;
1175         pt_entry_t npte;
1176
1177         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1178         pte = vtopte(va);
1179         *pte = npte;
1180         cpu_invlpg((void *)va);
1181 }
1182
1183 void
1184 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
1185 {
1186         pmap_inval_info info;
1187
1188         pmap_inval_init(&info);
1189         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1190         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1191         pmap_inval_done(&info);
1192 }
1193
1194 void
1195 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
1196 {
1197         cpu_invlpg((void *)va);
1198 }
1199
1200 /*
1201  * remove a page from the kernel pagetables
1202  */
1203 void
1204 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1205 {
1206         pt_entry_t *pte;
1207         pmap_inval_info info;
1208
1209         pmap_inval_init(&info);
1210         pte = vtopte(va);
1211         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1212         (void)pte_load_clear(pte);
1213         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1214         pmap_inval_done(&info);
1215 }
1216
1217 void
1218 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1219 {
1220         pt_entry_t *pte;
1221         pte = vtopte(va);
1222         (void)pte_load_clear(pte);
1223         cpu_invlpg((void *)va);
1224 }
1225
1226 /*
1227  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1228  */
1229 void
1230 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1231 {
1232         atomic_set_long(vtopte(va), PG_RW);
1233         cpu_invlpg((void *)va);
1234 }
1235
1236 void
1237 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1238 {
1239         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
1240         cpu_invlpg((void *)va);
1241 }
1242
1243 /*
1244  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1245  * address space during the low level boot, typically to map the
1246  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1247  *
1248  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1249  * kernel text+data.
1250  *
1251  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1252  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1253  * have access to the related pointers.
1254  */
1255 vm_offset_t
1256 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1257 {
1258         vm_offset_t va;
1259         vm_offset_t va_start;
1260
1261         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1262
1263         va_start = *virtp;
1264         va = va_start;
1265
1266         while (start < end) {
1267                 pmap_kenter_quick(va, start);
1268                 va += PAGE_SIZE;
1269                 start += PAGE_SIZE;
1270         }
1271         *virtp = va;
1272         return va_start;
1273 }
1274
1275 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1276
1277 /*
1278  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1279  *
1280  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1281  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1282  * when moving pages into a different cache domain.
1283  */
1284 void
1285 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1286 {
1287         vm_offset_t daddr, eva;
1288         int i;
1289
1290         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1291             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1292                 wbinvd();
1293         else {
1294                 cpu_mfence();
1295                 for (i = 0; i < count; i++) {
1296                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1297                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1298                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1299                                 clflush(daddr);
1300                 }
1301                 cpu_mfence();
1302         }
1303 }
1304
1305 void
1306 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1307 {
1308         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1309             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1310         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1311             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1312
1313         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
1314                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1315         } else {
1316                 /* Globally invalidate caches */
1317                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
1318         }
1319 }
1320 void
1321 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1322 {
1323         smp_invlpg_range(pmap->pm_active, sva, eva);
1324 }
1325
1326 /*
1327  * Add a list of wired pages to the kva
1328  * this routine is only used for temporary
1329  * kernel mappings that do not need to have
1330  * page modification or references recorded.
1331  * Note that old mappings are simply written
1332  * over.  The page *must* be wired.
1333  */
1334 void
1335 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1336 {
1337         vm_offset_t end_va;
1338
1339         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1340                 
1341         while (va < end_va) {
1342                 pt_entry_t *pte;
1343
1344                 pte = vtopte(va);
1345                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V |
1346                         pat_pte_index[(*m)->pat_mode] | pgeflag;
1347                 cpu_invlpg((void *)va);
1348                 va += PAGE_SIZE;
1349                 m++;
1350         }
1351         smp_invltlb();
1352 }
1353
1354 /*
1355  * This routine jerks page mappings from the
1356  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1357  *
1358  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1359  */
1360 void
1361 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1362 {
1363         vm_offset_t end_va;
1364
1365         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1366
1367         while (va < end_va) {
1368                 pt_entry_t *pte;
1369
1370                 pte = vtopte(va);
1371                 (void)pte_load_clear(pte);
1372                 cpu_invlpg((void *)va);
1373                 va += PAGE_SIZE;
1374         }
1375         smp_invltlb();
1376 }
1377
1378 /*
1379  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1380  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1381  */
1382 void
1383 pmap_init_thread(thread_t td)
1384 {
1385         /* enforce pcb placement & alignment */
1386         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1387         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1388         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1389         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1390 }
1391
1392 /*
1393  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1394  */
1395 void
1396 pmap_init_proc(struct proc *p)
1397 {
1398 }
1399
1400 /*
1401  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1402  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1403  *
1404  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1405  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1406  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1407  */
1408 void
1409 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1410 {
1411         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1412         pmap->pm_count = 1;
1413         pmap->pm_active = 0;
1414         pmap->pm_pvhint = NULL;
1415         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1416         spin_init(&pmap->pm_spin);
1417         lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1418         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1419 }
1420
1421 /*
1422  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1423  * such as one in a vmspace structure.
1424  */
1425 static void
1426 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
1427 {
1428         /*
1429          * Misc initialization
1430          */
1431         pmap->pm_count = 1;
1432         pmap->pm_active = 0;
1433         pmap->pm_pvhint = NULL;
1434         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
1435
1436         /*
1437          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
1438          * for this).
1439          */
1440         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
1441                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1442                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1443                 spin_init(&pmap->pm_spin);
1444                 lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1445         }
1446 }
1447
1448 void
1449 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1450 {
1451         pv_entry_t pv;
1452         int j;
1453
1454         pmap_pinit_simple(pmap);
1455         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
1456
1457         /*
1458          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1459          * page directory table.
1460          */
1461         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1462                 pmap->pm_pml4 =
1463                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1464         }
1465
1466         /*
1467          * Allocate the page directory page, which wires it even though
1468          * it isn't being entered into some higher level page table (it
1469          * being the highest level).  If one is already cached we don't
1470          * have to do anything.
1471          */
1472         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
1473                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1474                 pmap->pm_pmlpv = pv;
1475                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
1476                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
1477                 pv_put(pv);
1478
1479                 /*
1480                  * Install DMAP and KMAP.
1481                  */
1482                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1483                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
1484                                 (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
1485                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
1486                 }
1487                 pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1488
1489                 /*
1490                  * install self-referential address mapping entry
1491                  */
1492                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
1493                                            PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1494         } else {
1495                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
1496                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
1497         }
1498         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
1499         KKASSERT(RB_ROOT(&pmap->pm_pvroot) == pv);
1500         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_left == NULL);
1501         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_right == NULL);
1502 }
1503
1504 /*
1505  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1506  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1507  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1508  * of cleanup work to do here.
1509  */
1510 void
1511 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1512 {
1513         pv_entry_t pv;
1514         vm_page_t p;
1515
1516         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1517         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
1518                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
1519                         pv_lock(pv);
1520                 p = pmap_remove_pv_page(pv);
1521                 pv_free(pv);
1522                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1523                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
1524                 KKASSERT(p->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED));
1525                 vm_page_unwire(p, 0);
1526                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1527
1528                 /*
1529                  * XXX eventually clean out PML4 static entries and
1530                  * use vm_page_free_zero()
1531                  */
1532                 vm_page_free(p);
1533                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
1534         }
1535         if (pmap->pm_pml4) {
1536                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1537                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1538                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1539         }
1540         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
1541         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
1542 }
1543
1544 /*
1545  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1546  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1547  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1548  * then copies the template.
1549  */
1550 void
1551 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1552 {
1553         spin_lock(&pmap_spin);
1554         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1555         spin_unlock(&pmap_spin);
1556 }
1557
1558 /*
1559  * This routine is called when various levels in the page table need to
1560  * be populated.  This routine cannot fail.
1561  *
1562  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
1563  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
1564  * the pv did not previously exist it will be mapped into its parent
1565  * and wired, otherwise no additional wire count will be added.
1566  */
1567 static
1568 pv_entry_t
1569 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
1570 {
1571         pt_entry_t *ptep;
1572         pv_entry_t pv;
1573         pv_entry_t pvp;
1574         vm_pindex_t pt_pindex;
1575         vm_page_t m;
1576         int isnew;
1577         int ispt;
1578
1579         /*
1580          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
1581          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
1582          * is returned.
1583          */
1584         ispt = 0;
1585         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
1586         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
1587                 return(pv);
1588
1589         /*
1590          * This is a new PV, we have to resolve its parent page table and
1591          * add an additional wiring to the page if necessary.
1592          */
1593
1594         /*
1595          * Special case terminal PVs.  These are not page table pages so
1596          * no vm_page is allocated (the caller supplied the vm_page).  If
1597          * pvpp is non-NULL we are being asked to also removed the pt_pv
1598          * for this pv.
1599          *
1600          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
1601          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.
1602          */
1603         if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0)) {
1604                 if (ptepindex >= NUPTE_USER)
1605                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1606                 else
1607                         KKASSERT(pvpp != NULL);
1608                 if (pvpp) {
1609                         pt_pindex = NUPTE_TOTAL + (ptepindex >> NPTEPGSHIFT);
1610                         pvp = pmap_allocpte(pmap, pt_pindex, NULL);
1611                         if (isnew)
1612                                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1613                         *pvpp = pvp;
1614                 } else {
1615                         pvp = NULL;
1616                 }
1617                 return(pv);
1618         }
1619
1620         /*
1621          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
1622          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
1623          * and then for the page table entry index in the pvp for
1624          * fall-through.
1625          */
1626         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
1627                 /*
1628                  * pv is PT, pvp is PD
1629                  */
1630                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
1631                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
1632                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1633                 if (!isnew)
1634                         goto notnew;
1635
1636                 /*
1637                  * PT index in PD
1638                  */
1639                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
1640                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
1641                 ispt = 1;
1642         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
1643                 /*
1644                  * pv is PD, pvp is PDP
1645                  *
1646                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
1647                  *                   the PD.
1648                  */
1649                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
1650                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
1651
1652                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
1653                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1654                         pvp = NULL;
1655                 } else {
1656                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1657                 }
1658                 if (!isnew)
1659                         goto notnew;
1660
1661                 /*
1662                  * PD index in PDP
1663                  */
1664                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
1665                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
1666         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
1667                 /*
1668                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
1669                  */
1670                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1671                 if (!isnew)
1672                         goto notnew;
1673
1674                 /*
1675                  * PDP index in PML4
1676                  */
1677                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
1678                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
1679         } else {
1680                 /*
1681                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
1682                  */
1683                 pvp = NULL;
1684                 if (!isnew)
1685                         goto notnew;
1686         }
1687
1688         /*
1689          * This code is only reached if isnew is TRUE and this is not a
1690          * terminal PV.  We need to allocate a vm_page for the page table
1691          * at this level and enter it into the parent page table.
1692          *
1693          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
1694          */
1695         for (;;) {
1696                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
1697                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
1698                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
1699                 if (m)
1700                         break;
1701                 vm_wait(0);
1702         }
1703         vm_page_spin_lock(m);
1704         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1705         pv->pv_m = m;
1706         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1707         vm_page_spin_unlock(m);
1708         vm_page_unmanage(m);    /* m must be spinunlocked */
1709
1710         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1711                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1712         }
1713 #ifdef PMAP_DEBUG
1714         else {
1715                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1716         }
1717 #endif
1718         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1719         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1720         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
1721
1722         /*
1723          * Wire the page into pvp, bump the wire-count for pvp's page table
1724          * page.  Bump the resident_count for the pmap.  There is no pvp
1725          * for the top level, address the pm_pml4[] array directly.
1726          *
1727          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
1728          * we just put it away.
1729          *
1730          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
1731          *
1732          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
1733          * page table page shared from another page table which we need to
1734          * unshare before installing our private page table page.
1735          */
1736         if (pvp) {
1737                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
1738                 if (*ptep & PG_V) {
1739                         pt_entry_t pte;
1740                         pmap_inval_info info;
1741
1742                         if (ispt == 0) {
1743                                 panic("pmap_allocpte: unexpected pte %p/%d",
1744                                       pvp, (int)ptepindex);
1745                         }
1746                         pmap_inval_init(&info);
1747                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, (vm_offset_t)-1);
1748                         pte = pte_load_clear(ptep);
1749                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
1750                         pmap_inval_done(&info);
1751                         if (vm_page_unwire_quick(
1752                                         PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME))) {
1753                                 panic("pmap_allocpte: shared pgtable "
1754                                       "pg bad wirecount");
1755                         }
1756                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
1757                 } else {
1758                         vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1759                 }
1760                 *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | (PG_U | PG_RW | PG_V |
1761                                               PG_A | PG_M);
1762         }
1763         vm_page_wakeup(m);
1764 notnew:
1765         if (pvpp)
1766                 *pvpp = pvp;
1767         else if (pvp)
1768                 pv_put(pvp);
1769         return (pv);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * This version of pmap_allocpte() checks for possible segment optimizations
1774  * that would allow page-table sharing.  It can be called for terminal
1775  * page or page table page ptepindex's.
1776  *
1777  * The function is called with page table page ptepindex's for fictitious
1778  * and unmanaged terminal pages.  That is, we don't want to allocate a
1779  * terminal pv, we just want the pt_pv.  pvpp is usually passed as NULL
1780  * for this case.
1781  *
1782  * This function can return a pv and *pvpp associated with the passed in pmap
1783  * OR a pv and *pvpp associated with the shared pmap.  In the latter case
1784  * an unmanaged page table page will be entered into the pass in pmap.
1785  */
1786 static
1787 pv_entry_t
1788 pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp,
1789                   vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va)
1790 {
1791         struct pmap_inval_info info;
1792         vm_object_t object;
1793         pmap_t obpmap;
1794         pmap_t *obpmapp;
1795         vm_offset_t b;
1796         pv_entry_t pte_pv;      /* in original or shared pmap */
1797         pv_entry_t pt_pv;       /* in original or shared pmap */
1798         pv_entry_t proc_pd_pv;  /* in original pmap */
1799         pv_entry_t proc_pt_pv;  /* in original pmap */
1800         pv_entry_t xpv;         /* PT in shared pmap */
1801         pd_entry_t *pt;         /* PT entry in PD of original pmap */
1802         pd_entry_t opte;        /* contents of *pt */
1803         pd_entry_t npte;        /* contents of *pt */
1804         vm_page_t m;
1805
1806 retry:
1807         /*
1808          * Basic tests, require a non-NULL vm_map_entry, require proper
1809          * alignment and type for the vm_map_entry, require that the
1810          * underlying object already be allocated.
1811          *
1812          * We currently allow any type of object to use this optimization.
1813          * The object itself does NOT have to be sized to a multiple of the
1814          * segment size, but the memory mapping does.
1815          */
1816         if (entry == NULL ||
1817             pmap_mmu_optimize == 0 ||                   /* not enabled */
1818             ptepindex >= pmap_pd_pindex(0) ||           /* not terminal */
1819             entry->inheritance != VM_INHERIT_SHARE ||   /* not shared */
1820             entry->maptype != VM_MAPTYPE_NORMAL ||      /* weird map type */
1821             entry->object.vm_object == NULL ||          /* needs VM object */
1822             (entry->offset & SEG_MASK) ||               /* must be aligned */
1823             (entry->start & SEG_MASK)) {
1824                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
1825         }
1826
1827         /*
1828          * Make sure the full segment can be represented.
1829          */
1830         b = va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK;
1831         if (b < entry->start && b + SEG_SIZE > entry->end)
1832                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
1833
1834         /*
1835          * If the full segment can be represented dive the VM object's
1836          * shared pmap, allocating as required.
1837          */
1838         object = entry->object.vm_object;
1839
1840         if (entry->protection & VM_PROT_WRITE)
1841                 obpmapp = &object->md.pmap_rw;
1842         else
1843                 obpmapp = &object->md.pmap_ro;
1844
1845         /*
1846          * We allocate what appears to be a normal pmap but because portions
1847          * of this pmap are shared with other unrelated pmaps we have to
1848          * set pm_active to point to all cpus.
1849          *
1850          * XXX Currently using pmap_spin to interlock the update, can't use
1851          *     vm_object_hold/drop because the token might already be held
1852          *     shared OR exclusive and we don't know.
1853          */
1854         while ((obpmap = *obpmapp) == NULL) {
1855                 obpmap = kmalloc(sizeof(*obpmap), M_OBJPMAP, M_WAITOK|M_ZERO);
1856                 pmap_pinit_simple(obpmap);
1857                 pmap_pinit2(obpmap);
1858                 spin_lock(&pmap_spin);
1859                 if (*obpmapp != NULL) {
1860                         /*
1861                          * Handle race
1862                          */
1863                         spin_unlock(&pmap_spin);
1864                         pmap_release(obpmap);
1865                         pmap_puninit(obpmap);
1866                         kfree(obpmap, M_OBJPMAP);
1867                 } else {
1868                         obpmap->pm_active = smp_active_mask;
1869                         *obpmapp = obpmap;
1870                         spin_unlock(&pmap_spin);
1871                 }
1872         }
1873
1874         /*
1875          * Layering is: PTE, PT, PD, PDP, PML4.  We have to return the
1876          * pte/pt using the shared pmap from the object but also adjust
1877          * the process pmap's page table page as a side effect.
1878          */
1879
1880         /*
1881          * Resolve the terminal PTE and PT in the shared pmap.  This is what
1882          * we will return.  This is true if ptepindex represents a terminal
1883          * page, otherwise pte_pv is actually the PT and pt_pv is actually
1884          * the PD.
1885          */
1886         pt_pv = NULL;
1887         pte_pv = pmap_allocpte(obpmap, ptepindex, &pt_pv);
1888         if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0))
1889                 xpv = pte_pv;
1890         else
1891                 xpv = pt_pv;
1892
1893         /*
1894          * Resolve the PD in the process pmap so we can properly share the
1895          * page table page.  Lock order is bottom-up (leaf first)!
1896          *
1897          * NOTE: proc_pt_pv can be NULL.
1898          */
1899         proc_pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(b));
1900         proc_pd_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pd_pindex(b), NULL);
1901
1902         /*
1903          * xpv is the page table page pv from the shared object
1904          * (for convenience).
1905          *
1906          * Calculate the pte value for the PT to load into the process PD.
1907          * If we have to change it we must properly dispose of the previous
1908          * entry.
1909          */
1910         pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
1911         npte = VM_PAGE_TO_PHYS(xpv->pv_m) |
1912                (PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1913
1914         /*
1915          * Dispose of previous page table page if it was local to the
1916          * process pmap.  If the old pt is not empty we cannot dispose of it
1917          * until we clean it out.  This case should not arise very often so
1918          * it is not optimized.
1919          */
1920         if (proc_pt_pv) {
1921                 if (proc_pt_pv->pv_m->wire_count != 1) {
1922                         pv_put(proc_pd_pv);
1923                         pv_put(proc_pt_pv);
1924                         pv_put(pt_pv);
1925                         pv_put(pte_pv);
1926                         pmap_remove(pmap,
1927                                     va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK,
1928                                     (va + SEG_SIZE) & ~(vm_offset_t)SEG_MASK);
1929                         goto retry;
1930                 }
1931                 pmap_release_pv(proc_pt_pv, proc_pd_pv);
1932                 proc_pt_pv = NULL;
1933                 /* relookup */
1934                 pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
1935         }
1936
1937         /*
1938          * Handle remaining cases.
1939          */
1940         if (*pt == 0) {
1941                 *pt = npte;
1942                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);
1943                 vm_page_wire_quick(proc_pd_pv->pv_m);
1944                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
1945         } else if (*pt != npte) {
1946                 pmap_inval_init(&info);
1947                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, (vm_offset_t)-1);
1948
1949                 opte = pte_load_clear(pt);
1950                 KKASSERT(opte && opte != npte);
1951
1952                 *pt = npte;
1953                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);  /* pgtable pg that is npte */
1954
1955                 /*
1956                  * Clean up opte, bump the wire_count for the process
1957                  * PD page representing the new entry if it was
1958                  * previously empty.
1959                  *
1960                  * If the entry was not previously empty and we have
1961                  * a PT in the proc pmap then opte must match that
1962                  * pt.  The proc pt must be retired (this is done
1963                  * later on in this procedure).
1964                  *
1965                  * NOTE: replacing valid pte, wire_count on proc_pd_pv
1966                  * stays the same.
1967                  */
1968                 KKASSERT(opte & PG_V);
1969                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(opte & PG_FRAME);
1970                 if (vm_page_unwire_quick(m)) {
1971                         panic("pmap_allocpte_seg: "
1972                               "bad wire count %p",
1973                               m);
1974                 }
1975
1976                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
1977                 pmap_inval_done(&info);
1978         }
1979
1980         /*
1981          * The existing process page table was replaced and must be destroyed
1982          * here.
1983          */
1984         if (proc_pd_pv)
1985                 pv_put(proc_pd_pv);
1986         if (pvpp)
1987                 *pvpp = pt_pv;
1988         else
1989                 pv_put(pt_pv);
1990
1991         return (pte_pv);
1992 }
1993
1994 /*
1995  * Release any resources held by the given physical map.
1996  *
1997  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
1998  * only be called if the map contains no valid mappings.
1999  *
2000  * Caller must hold pmap->pm_token
2001  */
2002 struct pmap_release_info {
2003         pmap_t  pmap;
2004         int     retry;
2005 };
2006
2007 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2008
2009 void
2010 pmap_release(struct pmap *pmap)
2011 {
2012         struct pmap_release_info info;
2013
2014         KASSERT(pmap->pm_active == 0,
2015                 ("pmap still active! %016jx", (uintmax_t)pmap->pm_active));
2016
2017         spin_lock(&pmap_spin);
2018         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
2019         spin_unlock(&pmap_spin);
2020
2021         /*
2022          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2023          * each page.
2024          */
2025         info.pmap = pmap;
2026         do {
2027                 info.retry = 0;
2028                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2029                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2030                         pmap_release_callback, &info);
2031                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2032         } while (info.retry);
2033
2034
2035         /*
2036          * One resident page (the pml4 page) should remain.
2037          * No wired pages should remain.
2038          */
2039         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count ==
2040                  ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) ? 0 : 1));
2041
2042         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2043 }
2044
2045 static int
2046 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2047 {
2048         struct pmap_release_info *info = data;
2049         pmap_t pmap = info->pmap;
2050         int r;
2051
2052         if (pv_hold_try(pv)) {
2053                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2054         } else {
2055                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2056                 pv_lock(pv);
2057                 if (pv->pv_pmap != pmap) {
2058                         pv_put(pv);
2059                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2060                         info->retry = 1;
2061                         return(-1);
2062                 }
2063         }
2064         r = pmap_release_pv(pv, NULL);
2065         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2066         return(r);
2067 }
2068
2069 /*
2070  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
2071  * the lock along with the pv.
2072  *
2073  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
2074  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
2075  * pass NULL for pvp.
2076  */
2077 static int
2078 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp)
2079 {
2080         vm_page_t p;
2081
2082         /*
2083          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
2084          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
2085          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
2086          */
2087         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, NULL);
2088
2089         /*
2090          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
2091          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
2092          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
2093          */
2094         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2095                 pmap_remove_pv_page(pv);
2096                 goto skip;
2097         }
2098
2099         /*
2100          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
2101          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
2102          * gets called.
2103          *
2104          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
2105          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
2106          */
2107         if (pv->pv_pindex == pmap_pml4_pindex()) {
2108                 pv_put(pv);
2109                 return(-1);
2110         }
2111
2112         /*
2113          * For page table pages (other than the top-level page),
2114          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
2115          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
2116          * last wire_count so we have to do that as well.
2117          */
2118         p = pmap_remove_pv_page(pv);
2119         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
2120         if (p->wire_count != 1) {
2121                 kprintf("p->wire_count was %016lx %d\n",
2122                         pv->pv_pindex, p->wire_count);
2123         }
2124         KKASSERT(p->wire_count == 1);
2125         KKASSERT(p->flags & PG_UNMANAGED);
2126
2127         vm_page_unwire(p, 0);
2128         KKASSERT(p->wire_count == 0);
2129
2130         /*
2131          * Theoretically this page, if not the pml4 page, should contain
2132          * all-zeros.  But its just too dangerous to mark it PG_ZERO.  Free
2133          * normally.
2134          */
2135         vm_page_free(p);
2136 skip:
2137         pv_free(pv);
2138         return 0;
2139 }
2140
2141 /*
2142  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
2143  * Terminal pv's are supported.  The removal will be interlocked if info
2144  * is non-NULL.  The caller must dispose of pv instead of just unlocking
2145  * it.
2146  *
2147  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
2148  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
2149  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
2150  * wire counts while page table pages will have at least one representing
2151  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
2152  *
2153  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
2154  *       pages and user page table and terminal pages.
2155  *
2156  * The pv must be locked.
2157  *
2158  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
2159  */
2160 static
2161 void
2162 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, struct pmap_inval_info *info)
2163 {
2164         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
2165         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
2166         vm_page_t p;
2167         int gotpvp = 0;
2168
2169         KKASSERT(pmap);
2170
2171         if (ptepindex == pmap_pml4_pindex()) {
2172                 /*
2173                  * We are the top level pml4 table, there is no parent.
2174                  */
2175                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
2176         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
2177                 /*
2178                  * Remove a PDP page from the pml4e.  This can only occur
2179                  * with user page tables.  We do not have to lock the
2180                  * pml4 PV so just ignore pvp.
2181                  */
2182                 vm_pindex_t pml4_pindex;
2183                 vm_pindex_t pdp_index;
2184                 pml4_entry_t *pdp;
2185
2186                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
2187                 if (pvp == NULL) {
2188                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
2189                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex);
2190                         KKASSERT(pvp);
2191                         gotpvp = 1;
2192                 }
2193                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
2194                 KKASSERT((*pdp & PG_V) != 0);
2195                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2196                 *pdp = 0;
2197                 KKASSERT(info == NULL);
2198         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
2199                 /*
2200                  * Remove a PD page from the pdp
2201                  *
2202                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
2203                  *                   of a simple pmap because it stops at
2204                  *                   the PD page.
2205                  */
2206                 vm_pindex_t pdp_pindex;
2207                 vm_pindex_t pd_index;
2208                 pdp_entry_t *pd;
2209
2210                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
2211
2212                 if (pvp == NULL) {
2213                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
2214                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
2215                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex);
2216                         if (pvp)
2217                                 gotpvp = 1;
2218                 }
2219                 if (pvp) {
2220                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
2221                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2222                         KKASSERT((*pd & PG_V) != 0);
2223                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2224                         *pd = 0;
2225                 } else {
2226                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
2227                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
2228                 }
2229                 KKASSERT(info == NULL);
2230         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
2231                 /*
2232                  *  Remove a PT page from the pd
2233                  */
2234                 vm_pindex_t pd_pindex;
2235                 vm_pindex_t pt_index;
2236                 pd_entry_t *pt;
2237
2238                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
2239
2240                 if (pvp == NULL) {
2241                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
2242                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
2243                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex);
2244                         KKASSERT(pvp);
2245                         gotpvp = 1;
2246                 }
2247                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2248                 KKASSERT((*pt & PG_V) != 0);
2249                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
2250                 *pt = 0;
2251                 KKASSERT(info == NULL);
2252         } else {
2253                 /*
2254                  * Remove a PTE from the PT page
2255                  *
2256                  * NOTE: pv's must be locked bottom-up to avoid deadlocking.
2257                  *       pv is a pte_pv so we can safely lock pt_pv.
2258                  */
2259                 vm_pindex_t pt_pindex;
2260                 pt_entry_t *ptep;
2261                 pt_entry_t pte;
2262                 vm_offset_t va;
2263
2264                 pt_pindex = ptepindex >> NPTEPGSHIFT;
2265                 va = (vm_offset_t)ptepindex << PAGE_SHIFT;
2266
2267                 if (ptepindex >= NUPTE_USER) {
2268                         ptep = vtopte(ptepindex << PAGE_SHIFT);
2269                         KKASSERT(pvp == NULL);
2270                 } else {
2271                         if (pvp == NULL) {
2272                                 pt_pindex = NUPTE_TOTAL +
2273                                             (ptepindex >> NPDPEPGSHIFT);
2274                                 pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pt_pindex);
2275                                 KKASSERT(pvp);
2276                                 gotpvp = 1;
2277                         }
2278                         ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex &
2279                                                   ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2280                 }
2281
2282                 if (info)
2283                         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2284                 pte = pte_load_clear(ptep);
2285                 if (info)
2286                         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2287                 else
2288                         cpu_invlpg((void *)va);
2289
2290                 /*
2291                  * Now update the vm_page_t
2292                  */
2293                 if ((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) != (PG_MANAGED|PG_V)) {
2294                         kprintf("remove_pte badpte %016lx %016lx %d\n",
2295                                 pte, pv->pv_pindex,
2296                                 pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0));
2297                 }
2298                 /*KKASSERT((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|PG_V));*/
2299                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2300
2301                 if (pte & PG_M) {
2302                         if (pmap_track_modified(ptepindex))
2303                                 vm_page_dirty(p);
2304                 }
2305                 if (pte & PG_A) {
2306                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
2307                 }
2308                 if (pte & PG_W)
2309                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
2310                 if (pte & PG_G)
2311                         cpu_invlpg((void *)va);
2312         }
2313
2314         /*
2315          * Unwire the parent page table page.  The wire_count cannot go below
2316          * 1 here because the parent page table page is itself still mapped.
2317          *
2318          * XXX remove the assertions later.
2319          */
2320         KKASSERT(pv->pv_m == p);
2321         if (pvp && vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
2322                 panic("pmap_remove_pv_pte: Insufficient wire_count");
2323
2324         if (gotpvp)
2325                 pv_put(pvp);
2326 }
2327
2328 static
2329 vm_page_t
2330 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv)
2331 {
2332         vm_page_t m;
2333
2334         m = pv->pv_m;
2335         KKASSERT(m);
2336         vm_page_spin_lock(m);
2337         pv->pv_m = NULL;
2338         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2339         /*
2340         if (m->object)
2341                 atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, -1);
2342         */
2343         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2344                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2345         vm_page_spin_unlock(m);
2346         return(m);
2347 }
2348
2349 /*
2350  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
2351  *
2352  * This routine is always called to validate any address space
2353  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
2354  * space below KERNBASE.
2355  */
2356 void
2357 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
2358 {
2359         vm_paddr_t paddr;
2360         vm_offset_t ptppaddr;
2361         vm_page_t nkpg;
2362         pd_entry_t *pt, newpt;
2363         pdp_entry_t newpd;
2364         int update_kernel_vm_end;
2365
2366         /*
2367          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
2368          */
2369         if (kernel_vm_end == 0) {
2370                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2371                 nkpt = 0;
2372                 while ((*pmap_pt(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
2373                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2374                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2375                         nkpt++;
2376                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2377                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
2378                                 break;                       
2379                         }
2380                 }
2381         }
2382
2383         /*
2384          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
2385          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
2386          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
2387          */
2388         if (kstart < KERNBASE) {
2389                 if (kstart > kernel_vm_end)
2390                         kstart = kernel_vm_end;
2391                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
2392                 update_kernel_vm_end = 1;
2393         } else {
2394                 update_kernel_vm_end = 0;
2395         }
2396
2397         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2398         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2399
2400         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
2401                 kend = kernel_map.max_offset;
2402
2403         while (kstart < kend) {
2404                 pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kstart);
2405                 if (pt == NULL) {
2406                         /* We need a new PDP entry */
2407                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2408                                              VM_ALLOC_NORMAL |
2409                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
2410                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
2411                         if (nkpg == NULL) {
2412                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
2413                                       "kernel");
2414                         }
2415                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2416                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2417                                 pmap_zero_page(paddr);
2418                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2419                         newpd = (pdp_entry_t)
2420                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2421                         *pmap_pd(&kernel_pmap, kstart) = newpd;
2422                         nkpt++;
2423                         continue; /* try again */
2424                 }
2425                 if ((*pt & PG_V) != 0) {
2426                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2427                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2428                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2429                                 kstart = kernel_map.max_offset;
2430                                 break;                       
2431                         }
2432                         continue;
2433                 }
2434
2435                 /*
2436                  * This index is bogus, but out of the way
2437                  */
2438                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2439                                      VM_ALLOC_NORMAL |
2440                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
2441                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
2442                 if (nkpg == NULL)
2443                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2444
2445                 vm_page_wire(nkpg);
2446                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2447                 pmap_zero_page(ptppaddr);
2448                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2449                 newpt = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2450                 *pmap_pt(&kernel_pmap, kstart) = newpt;
2451                 nkpt++;
2452
2453                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2454                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2455
2456                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2457                         kstart = kernel_map.max_offset;
2458                         break;                       
2459                 }
2460         }
2461
2462         /*
2463          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
2464          */
2465         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
2466                 kernel_vm_end = kstart;
2467 }
2468
2469 /*
2470  *      Add a reference to the specified pmap.
2471  */
2472 void
2473 pmap_reference(pmap_t pmap)
2474 {
2475         if (pmap != NULL) {
2476                 lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2477                 ++pmap->pm_count;
2478                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2479         }
2480 }
2481
2482 /***************************************************
2483  * page management routines.
2484  ***************************************************/
2485
2486 /*
2487  * Hold a pv without locking it
2488  */
2489 static void
2490 pv_hold(pv_entry_t pv)
2491 {
2492         u_int count;
2493
2494         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 0, 1))
2495                 return;
2496
2497         for (;;) {
2498                 count = pv->pv_hold;
2499                 cpu_ccfence();
2500                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2501                         return;
2502                 /* retry */
2503         }
2504 }
2505
2506 /*
2507  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
2508  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
2509  * the pv properly.
2510  *
2511  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
2512  * pv list via its page) must be held by the caller.
2513  */
2514 static int
2515 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2516 {
2517         u_int count;
2518
2519         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 0, PV_HOLD_LOCKED | 1)) {
2520 #ifdef PMAP_DEBUG
2521                 pv->pv_func = func;
2522                 pv->pv_line = lineno;
2523 #endif
2524                 return TRUE;
2525         }
2526
2527         for (;;) {
2528                 count = pv->pv_hold;
2529                 cpu_ccfence();
2530                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2531                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2532                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
2533 #ifdef PMAP_DEBUG
2534                                 pv->pv_func = func;
2535                                 pv->pv_line = lineno;
2536 #endif
2537                                 return TRUE;
2538                         }
2539                 } else {
2540                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2541                                 return FALSE;
2542                 }
2543                 /* retry */
2544         }
2545 }
2546
2547 /*
2548  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
2549  * destruction.
2550  *
2551  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
2552  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
2553  */
2554 static void
2555 pv_drop(pv_entry_t pv)
2556 {
2557         u_int count;
2558
2559         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 1, 0)) {
2560                 if (pv->pv_pmap == NULL)
2561                         zfree(pvzone, pv);
2562                 return;
2563         }
2564
2565         for (;;) {
2566                 count = pv->pv_hold;
2567                 cpu_ccfence();
2568                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
2569                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
2570                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2571                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
2572                         if (count == 1 && pv->pv_pmap == NULL)
2573                                 zfree(pvzone, pv);
2574                         return;
2575                 }
2576                 /* retry */
2577         }
2578 }
2579
2580 /*
2581  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked pv
2582  */
2583 static
2584 pv_entry_t
2585 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
2586 {
2587         pv_entry_t pv;
2588         pv_entry_t pnew = NULL;
2589
2590         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2591         for (;;) {
2592                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2593                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2594                                                         pindex);
2595                 }
2596                 if (pv == NULL) {
2597                         if (pnew == NULL) {
2598                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2599                                 pnew = zalloc(pvzone);
2600                                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2601                                 continue;
2602                         }
2603                         pnew->pv_pmap = pmap;
2604                         pnew->pv_pindex = pindex;
2605                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 1;
2606 #ifdef PMAP_DEBUG
2607                         pnew->pv_func = func;
2608                         pnew->pv_line = lineno;
2609 #endif
2610                         pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
2611                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2612                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2613                         *isnew = 1;
2614                         return(pnew);
2615                 }
2616                 if (pnew) {
2617                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2618                         zfree(pvzone, pnew);
2619                         pnew = NULL;
2620                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2621                         continue;
2622                 }
2623                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2624                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2625                         *isnew = 0;
2626                         return(pv);
2627                 }
2628                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2629                 _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2630                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
2631                         *isnew = 0;
2632                         return(pv);
2633                 }
2634                 pv_put(pv);
2635                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2636         }
2637
2638
2639 }
2640
2641 /*
2642  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
2643  */
2644 static
2645 pv_entry_t
2646 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex PMAP_DEBUG_DECL)
2647 {
2648         pv_entry_t pv;
2649
2650         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2651         for (;;) {
2652                 /*
2653                  * Shortcut cache
2654                  */
2655                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2656                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2657                                                         pindex);
2658                 }
2659                 if (pv == NULL) {
2660                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2661                         return NULL;
2662                 }
2663                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2664                         pv_cache(pv, pindex);
2665                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2666                         return(pv);
2667                 }
2668                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2669                 _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2670                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex)
2671                         return(pv);
2672                 pv_put(pv);
2673                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2674         }
2675 }
2676
2677 /*
2678  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
2679  *
2680  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
2681  *
2682  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
2683  * errorp is set to 0.
2684  *
2685  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
2686  * held and *errorp is set to 1.
2687  */
2688 static
2689 pv_entry_t
2690 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp)
2691 {
2692         pv_entry_t pv;
2693
2694         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2695         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2696                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2697         if (pv == NULL) {
2698                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2699                 *errorp = 0;
2700                 return NULL;
2701         }
2702         if (pv_hold_try(pv)) {
2703                 pv_cache(pv, pindex);
2704                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2705                 *errorp = 0;
2706                 return(pv);     /* lock succeeded */
2707         }
2708         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2709         *errorp = 1;
2710         return (pv);            /* lock failed */
2711 }
2712
2713 /*
2714  * Find the requested PV entry, returning a held pv or NULL
2715  */
2716 static
2717 pv_entry_t
2718 pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
2719 {
2720         pv_entry_t pv;
2721
2722         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2723
2724         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2725                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2726         if (pv == NULL) {
2727                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2728                 return NULL;
2729         }
2730         pv_hold(pv);
2731         pv_cache(pv, pindex);
2732         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2733         return(pv);
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Lock a held pv, keeping the hold count
2738  */
2739 static
2740 void
2741 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2742 {
2743         u_int count;
2744
2745         for (;;) {
2746                 count = pv->pv_hold;
2747                 cpu_ccfence();
2748                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2749                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2750                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
2751 #ifdef PMAP_DEBUG
2752                                 pv->pv_func = func;
2753                                 pv->pv_line = lineno;
2754 #endif
2755                                 return;
2756                         }
2757                         continue;
2758                 }
2759                 tsleep_interlock(pv, 0);
2760                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2761                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
2762 #ifdef PMAP_DEBUG
2763                         kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
2764                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
2765 #endif
2766                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
2767                 }
2768                 /* retry */
2769         }
2770 }
2771
2772 /*
2773  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
2774  */
2775 static
2776 void
2777 pv_unlock(pv_entry_t pv)
2778 {
2779         u_int count;
2780
2781         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 1, 1))
2782                 return;
2783
2784         for (;;) {
2785                 count = pv->pv_hold;
2786                 cpu_ccfence();
2787                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED|PV_HOLD_MASK)) >=
2788                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2789                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2790                                       count &
2791                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
2792                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
2793                                 wakeup(pv);
2794                         break;
2795                 }
2796         }
2797 }
2798
2799 /*
2800  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
2801  * and the hold count drops to zero we will free it.
2802  *
2803  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
2804  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
2805  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
2806  */
2807 static
2808 void
2809 pv_put(pv_entry_t pv)
2810 {
2811         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 1, 0)) {
2812                 if (pv->pv_pmap == NULL)
2813                         zfree(pvzone, pv);
2814                 return;
2815         }
2816         pv_unlock(pv);
2817         pv_drop(pv);
2818 }
2819
2820 /*
2821  * Unlock, drop, and free a pv, destroying it.  The pv is removed from its
2822  * pmap.  Any pte operations must have already been completed.
2823  */
2824 static
2825 void
2826 pv_free(pv_entry_t pv)
2827 {
2828         pmap_t pmap;
2829
2830         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
2831         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
2832                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2833                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
2834                 if (pmap->pm_pvhint == pv)
2835                         pmap->pm_pvhint = NULL;
2836                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
2837                 pv->pv_pmap = NULL;
2838                 pv->pv_pindex = 0;
2839                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2840         }
2841         pv_put(pv);
2842 }
2843
2844 /*
2845  * This routine is very drastic, but can save the system
2846  * in a pinch.
2847  */
2848 void
2849 pmap_collect(void)
2850 {
2851         int i;
2852         vm_page_t m;
2853         static int warningdone=0;
2854
2855         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2856                 return;
2857         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2858         if (warningdone < 5) {
2859                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- "
2860                         "suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2861                 warningdone++;
2862         }
2863
2864         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2865                 m = &vm_page_array[i];
2866                 if (m->wire_count || m->hold_count)
2867                         continue;
2868                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
2869                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
2870                                 pmap_remove_all(m);
2871                         }
2872                         vm_page_wakeup(m);
2873                 }
2874         }
2875 }
2876
2877 /*
2878  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
2879  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
2880  * its parent page table.
2881  *
2882  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
2883  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
2884  *
2885  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
2886  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
2887  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
2888  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
2889  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
2890  *
2891  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
2892  *
2893  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
2894  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
2895  */
2896 struct pmap_scan_info {
2897         struct pmap *pmap;
2898         vm_offset_t sva;
2899         vm_offset_t eva;
2900         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
2901         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
2902         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
2903                      pv_entry_t, pv_entry_t, int, vm_offset_t,
2904                      pt_entry_t *, void *);
2905         void *arg;
2906         int doinval;
2907         struct pmap_inval_info inval;
2908 };
2909
2910 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
2911 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2912
2913 static void
2914 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info)
2915 {
2916         struct pmap *pmap = info->pmap;
2917         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
2918         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
2919         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
2920         pt_entry_t *ptep;
2921         struct pv_entry dummy_pv;
2922
2923         if (pmap == NULL)
2924                 return;
2925
2926         /*
2927          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
2928          * to do.
2929          */
2930         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2931 #if 0
2932         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2933                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2934                 return;
2935         }
2936 #endif
2937
2938         pmap_inval_init(&info->inval);
2939
2940         /*
2941          * Special handling for scanning one page, which is a very common
2942          * operation (it is?).
2943          *
2944          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
2945          */
2946         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
2947                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2948                         /*
2949                          * Kernel mappings do not track wire counts on
2950                          * page table pages and only maintain pd_pv and
2951                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
2952                          */
2953                         pt_pv = NULL;
2954                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
2955                         ptep = vtopte(info->sva);
2956                 } else {
2957                         /*
2958                          * User pages which are unmanaged will not have a
2959                          * pte_pv.  User page table pages which are unmanaged
2960                          * (shared from elsewhere) will also not have a pt_pv.
2961                          * The func() callback will pass both pte_pv and pt_pv
2962                          * as NULL in that case.
2963                          */
2964                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
2965                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva));
2966                         if (pt_pv == NULL) {
2967                                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
2968                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(info->sva));
2969                                 if (pd_pv) {
2970                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
2971                                                     pmap_pt_index(info->sva));
2972                                         if (*ptep) {
2973                                                 info->func(pmap, info,
2974                                                      NULL, pd_pv, 1,
2975                                                      info->sva, ptep,
2976                                                      info->arg);
2977                                         }
2978                                         pv_put(pd_pv);
2979                                 }
2980                                 goto fast_skip;
2981                         }
2982                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
2983                 }
2984                 if (*ptep == 0) {
2985                         /*
2986                          * Unlike the pv_find() case below we actually
2987                          * acquired a locked pv in this case so any
2988                          * race should have been resolved.  It is expected
2989                          * to not exist.
2990                          */
2991                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
2992                 } else if (pte_pv) {
2993                         KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|
2994                                                                 PG_V),
2995                                 ("bad *ptep %016lx sva %016lx pte_pv %p",
2996                                 *ptep, info->sva, pte_pv));
2997                         info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
2998                                    info->sva, ptep, info->arg);
2999                 } else {
3000                         KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) == PG_V,
3001                                 ("bad *ptep %016lx sva %016lx pte_pv NULL",
3002                                 *ptep, info->sva));
3003                         info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3004                                    info->sva, ptep, info->arg);
3005                 }
3006                 if (pt_pv)
3007                         pv_put(pt_pv);
3008 fast_skip:
3009                 pmap_inval_done(&info->inval);
3010                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3011                 return;
3012         }
3013
3014         /*
3015          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
3016          * there.
3017          */
3018         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
3019         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva + NBPDP - 1);
3020
3021         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3022                 /*
3023                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
3024                  * higher-level page tables.
3025                  */
3026                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
3027                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
3028                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3029                 while (dummy_pv.pv_pindex < info->eva_pd_pindex) {
3030                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
3031                         ++dummy_pv.pv_pindex;
3032                 }
3033                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3034         } else {
3035                 /*
3036                  * User page tables maintain local PML4, PDP, and PD
3037                  * pv_entry's at the very least.  PT pv's might be
3038                  * unmanaged and thus not exist.  PTE pv's might be
3039                  * unmanaged and thus not exist.
3040                  */
3041                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3042                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot,
3043                         pmap_scan_cmp, pmap_scan_callback, info);
3044                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3045         }
3046         pmap_inval_done(&info->inval);
3047         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3048 }
3049
3050 /*
3051  * WARNING! pmap->pm_spin held
3052  */
3053 static int
3054 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
3055 {
3056         struct pmap_scan_info *info = data;
3057         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
3058                 return(-1);
3059         if (pv->pv_pindex >= info->eva_pd_pindex)
3060                 return(1);
3061         return(0);
3062 }
3063
3064 /*
3065  * WARNING! pmap->pm_spin held
3066  */
3067 static int
3068 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
3069 {
3070         struct pmap_scan_info *info = data;
3071         struct pmap *pmap = info->pmap;
3072         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
3073         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
3074         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
3075         pt_entry_t *ptep;
3076         vm_offset_t sva;
3077         vm_offset_t eva;
3078         vm_offset_t va_next;
3079         vm_pindex_t pd_pindex;
3080         int error;
3081
3082         /*
3083          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
3084          *
3085          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
3086          */
3087         pd_pindex = pv->pv_pindex;
3088         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3089         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
3090
3091         /*
3092          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
3093          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
3094          * reflect the user and kernel address space which requires
3095          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
3096          * into addresses.
3097          */
3098         sva = (pd_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) << PDPSHIFT;
3099         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
3100             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
3101                 sva |= PML4_SIGNMASK;
3102         }
3103         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
3104         if (sva < info->sva)
3105                 sva = info->sva;
3106         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
3107                 eva = info->eva;
3108
3109         /*
3110          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
3111          *       terminal pages.
3112          *
3113          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
3114          *       However, for the scan to be efficient we try to
3115          *       cache items top-down.
3116          */
3117         pd_pv = NULL;
3118         pt_pv = NULL;
3119
3120         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3121                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3122                         if (pt_pv) {
3123                                 pv_put(pt_pv);
3124                                 pt_pv = NULL;
3125                         }
3126                         goto kernel_skip;
3127                 }
3128
3129                 /*
3130                  * PD cache (degenerate case if we skip).  It is possible
3131                  * for the PD to not exist due to races.  This is ok.
3132                  */
3133                 if (pd_pv == NULL) {
3134                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3135                 } else if (pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
3136                         pv_put(pd_pv);
3137                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3138                 }
3139                 if (pd_pv == NULL) {
3140                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3141                         if (va_next < sva)
3142                                 va_next = eva;
3143                         continue;
3144                 }
3145
3146                 /*
3147                  * PT cache
3148                  */
3149                 if (pt_pv == NULL) {
3150                         if (pd_pv) {
3151                                 pv_put(pd_pv);
3152                                 pd_pv = NULL;
3153                         }
3154                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3155                 } else if (pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva)) {
3156                         if (pd_pv) {
3157                                 pv_put(pd_pv);
3158                                 pd_pv = NULL;
3159                         }
3160                         pv_put(pt_pv);
3161                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3162                 }
3163
3164                 /*
3165                  * If pt_pv is NULL we either have an shared page table
3166                  * page and must issue a callback specific to that case,
3167                  * or there is no page table page.
3168                  *
3169                  * Either way we can skip the page table page.
3170                  */
3171                 if (pt_pv == NULL) {
3172                         /*
3173                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
3174                          * page table page.
3175                          */
3176                         if (pd_pv == NULL)
3177                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3178                         KKASSERT(pd_pv != NULL);
3179                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
3180                         if (*ptep & PG_V) {
3181                                 info->func(pmap, info, NULL, pd_pv, 1,
3182                                            sva, ptep, info->arg);
3183                         }
3184
3185                         /*
3186                          * Done, move to next page table page.
3187                          */
3188                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3189                         if (va_next < sva)
3190                                 va_next = eva;
3191                         continue;
3192                 }
3193
3194                 /*
3195                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
3196                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
3197                  *
3198                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3199                  * by the current page table page, or to the end of the
3200                  * range being removed.
3201                  */
3202 kernel_skip:
3203                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3204                 if (va_next < sva)
3205                         va_next = eva;
3206                 if (va_next > eva)
3207                         va_next = eva;
3208
3209                 /*
3210                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
3211                  * managed (might not have a pv_entry).
3212                  *
3213                  * There is no page table management for kernel pages so
3214                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
3215                  * is non-NULL, locked, and referenced.
3216                  */
3217
3218                 /*
3219                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
3220                  * pt_pv means a KVA.
3221                  */
3222                 if (pt_pv)
3223                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
3224                 else
3225                         ptep = vtopte(sva);
3226
3227                 while (sva < va_next) {
3228                         /*
3229                          * Acquire the related pte_pv, if any.  If *ptep == 0
3230                          * the related pte_pv should not exist, but if *ptep
3231                          * is not zero the pte_pv may or may not exist (e.g.
3232                          * will not exist for an unmanaged page).
3233                          *
3234                          * However a multitude of races are possible here.
3235                          *
3236                          * In addition, the (pt_pv, pte_pv) lock order is
3237                          * backwards, so we have to be careful in aquiring
3238                          * a properly locked pte_pv.
3239                          */
3240                         if (pt_pv) {
3241                                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
3242                                                     &error);
3243                                 if (error) {
3244                                         if (pd_pv) {
3245                                                 pv_put(pd_pv);
3246                                                 pd_pv = NULL;
3247                                         }
3248                                         pv_put(pt_pv);   /* must be non-NULL */
3249                                         pt_pv = NULL;
3250                                         pv_lock(pte_pv); /* safe to block now */
3251                                         pv_put(pte_pv);
3252                                         pte_pv = NULL;
3253                                         pt_pv = pv_get(pmap,
3254                                                        pmap_pt_pindex(sva));
3255                                         /*
3256                                          * pt_pv reloaded, need new ptep
3257                                          */
3258                                         KKASSERT(pt_pv != NULL);
3259                                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv,
3260                                                         pmap_pte_index(sva));
3261                                         continue;
3262                                 }
3263                         } else {
3264                                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
3265                         }
3266
3267                         /*
3268                          * Ok, if *ptep == 0 we had better NOT have a pte_pv.
3269                          */
3270                         if (*ptep == 0) {
3271                                 if (pte_pv) {
3272                                         kprintf("Unexpected non-NULL pte_pv "
3273                                                 "%p pt_pv %p *ptep = %016lx\n",
3274                                                 pte_pv, pt_pv, *ptep);
3275                                         panic("Unexpected non-NULL pte_pv");
3276                                 }
3277                                 sva += PAGE_SIZE;
3278                                 ++ptep;
3279                                 continue;
3280                         }
3281
3282                         /*
3283                          * Ready for the callback.  The locked pte_pv (if any)
3284                          * is consumed by the callback.  pte_pv will exist if
3285                          *  the page is managed, and will not exist if it
3286                          * isn't.
3287                          */
3288                         if (pte_pv) {
3289                                 KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
3290                                          (PG_MANAGED|PG_V),
3291                                         ("bad *ptep %016lx sva %016lx "
3292                                          "pte_pv %p",
3293                                          *ptep, sva, pte_pv));
3294                                 info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3295                                            sva, ptep, info->arg);
3296                         } else {
3297                                 KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
3298                                          PG_V,
3299                                         ("bad *ptep %016lx sva %016lx "
3300                                          "pte_pv NULL",
3301                                          *ptep, sva));
3302                                 info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3303                                            sva, ptep, info->arg);
3304                         }
3305                         pte_pv = NULL;
3306                         sva += PAGE_SIZE;
3307                         ++ptep;
3308                 }
3309                 lwkt_yield();
3310         }
3311         if (pd_pv) {
3312                 pv_put(pd_pv);
3313                 pd_pv = NULL;
3314         }
3315         if (pt_pv) {
3316                 pv_put(pt_pv);
3317                 pt_pv = NULL;
3318         }
3319         lwkt_yield();
3320
3321         /*
3322          * Relock before returning.
3323          */
3324         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3325         return (0);
3326 }
3327
3328 void
3329 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3330 {
3331         struct pmap_scan_info info;
3332
3333         info.pmap = pmap;
3334         info.sva = sva;
3335         info.eva = eva;
3336         info.func = pmap_remove_callback;
3337         info.arg = NULL;
3338         info.doinval = 1;       /* normal remove requires pmap inval */
3339         pmap_scan(&info);
3340 }
3341
3342 static void
3343 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3344 {
3345         struct pmap_scan_info info;
3346
3347         info.pmap = pmap;
3348         info.sva = sva;
3349         info.eva = eva;
3350         info.func = pmap_remove_callback;
3351         info.arg = NULL;
3352         info.doinval = 0;       /* normal remove requires pmap inval */
3353         pmap_scan(&info);
3354 }
3355
3356 static void
3357 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3358                      pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3359                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3360 {
3361         pt_entry_t pte;
3362
3363         if (pte_pv) {
3364                 /*
3365                  * This will also drop pt_pv's wire_count. Note that
3366                  * terminal pages are not wired based on mmu presence.
3367                  */
3368                 if (info->doinval)
3369                         pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, &info->inval);
3370                 else
3371                         pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, NULL);
3372                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
3373                 pv_free(pte_pv);
3374         } else if (sharept == 0) {
3375                 /*
3376                  * Unmanaged page
3377                  *
3378                  * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
3379                  * so we must decrement it manually.
3380                  */
3381                 if (info->doinval)
3382                         pmap_inval_interlock(&info->inval, pmap, va);
3383                 pte = pte_load_clear(ptep);
3384                 if (info->doinval)
3385                         pmap_inval_deinterlock(&info->inval, pmap);
3386                 if (pte & PG_W)
3387                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
3388                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3389                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3390                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
3391         } else {
3392                 /*
3393                  * Unmanaged page table, pt_pv is actually the pd_pv
3394                  * for our pmap (not the share object pmap).
3395                  *
3396                  * We have to unwire the target page table page and we
3397                  * have to unwire our page directory page.
3398                  */
3399                 if (info->doinval)
3400                         pmap_inval_interlock(&info->inval, pmap, va);
3401                 pte = pte_load_clear(ptep);
3402                 if (info->doinval)
3403                         pmap_inval_deinterlock(&info->inval, pmap);
3404                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3405                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3406                         panic("pmap_remove: shared pgtable1 bad wirecount");
3407                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3408                         panic("pmap_remove: shared pgtable2 bad wirecount");
3409         }
3410 }
3411
3412 /*
3413  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
3414  * Reflects back modify bits to the pager.
3415  *
3416  * This routine may not be called from an interrupt.
3417  */
3418 static
3419 void
3420 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3421 {
3422         struct pmap_inval_info info;
3423         pv_entry_t pv;
3424
3425         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3426                 return;
3427
3428         pmap_inval_init(&info);
3429         vm_page_spin_lock(m);
3430         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3431                 KKASSERT(pv->pv_m == m);
3432                 if (pv_hold_try(pv)) {
3433                         vm_page_spin_unlock(m);
3434                 } else {
3435                         vm_page_spin_unlock(m);
3436                         pv_lock(pv);
3437                         if (pv->pv_m != m) {
3438                                 pv_put(pv);
3439                                 vm_page_spin_lock(m);
3440                                 continue;
3441                         }
3442                 }
3443                 /*
3444                  * Holding no spinlocks, pv is locked.
3445                  */
3446                 pmap_remove_pv_pte(pv, NULL, &info);
3447                 pmap_remove_pv_page(pv);
3448                 pv_free(pv);
3449                 vm_page_spin_lock(m);
3450         }
3451         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
3452         vm_page_spin_unlock(m);
3453         pmap_inval_done(&info);
3454 }
3455
3456 /*
3457  * Set the physical protection on the specified range of this map
3458  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
3459  * and COW pages.
3460  *
3461  * This function may not be called from an interrupt if the map is
3462  * not the kernel_pmap.
3463  *
3464  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
3465  */
3466 void
3467 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3468 {
3469         struct pmap_scan_info info;
3470         /* JG review for NX */
3471
3472         if (pmap == NULL)
3473                 return;
3474         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3475                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3476                 return;
3477         }
3478         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3479                 return;
3480         info.pmap = pmap;
3481         info.sva = sva;
3482         info.eva = eva;
3483         info.func = pmap_protect_callback;
3484         info.arg = &prot;
3485         info.doinval = 1;
3486         pmap_scan(&info);
3487 }
3488
3489 static
3490 void
3491 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3492                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3493                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3494 {
3495         pt_entry_t pbits;
3496         pt_entry_t cbits;
3497         pt_entry_t pte;
3498         vm_page_t m;
3499
3500         /*
3501          * XXX non-optimal.
3502          */
3503         pmap_inval_interlock(&info->inval, pmap, va);
3504 again:
3505         pbits = *ptep;
3506         cbits = pbits;
3507         if (pte_pv) {
3508                 m = NULL;
3509                 if (pbits & PG_A) {
3510                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3511                         KKASSERT(m == pte_pv->pv_m);
3512                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3513                         cbits &= ~PG_A;
3514                 }
3515                 if (pbits & PG_M) {
3516                         if (pmap_track_modified(pte_pv->pv_pindex)) {
3517                                 if (m == NULL)
3518                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3519                                 vm_page_dirty(m);
3520                                 cbits &= ~PG_M;
3521                         }
3522                 }
3523         } else if (sharept) {
3524                 /*
3525                  * Unmanaged page table, pt_pv is actually the pd_pv
3526                  * for our pmap (not the share object pmap).
3527                  *
3528                  * When asked to protect something in a shared page table
3529                  * page we just unmap the page table page.  We have to
3530                  * invalidate the tlb in this situation.
3531                  */
3532                 pte = pte_load_clear(ptep);
3533                 pmap_inval_invltlb(&info->inval);
3534                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3535                         panic("pmap_protect: pgtable1 pg bad wirecount");
3536                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3537                         panic("pmap_protect: pgtable2 pg bad wirecount");
3538                 ptep = NULL;
3539         }
3540         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
3541
3542         if (ptep) {
3543                 cbits &= ~PG_RW;
3544                 if (pbits != cbits && !atomic_cmpset_long(ptep, pbits, cbits)) {
3545                         goto again;
3546                 }
3547         }
3548         pmap_inval_deinterlock(&info->inval, pmap);
3549         if (pte_pv)
3550                 pv_put(pte_pv);
3551 }
3552
3553 /*
3554  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
3555  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
3556  *
3557  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
3558  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
3559  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
3560  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
3561  *
3562  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
3563  *       lazy-evaluate.
3564  */
3565 void
3566 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3567            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
3568 {
3569         pmap_inval_info info;
3570         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
3571         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
3572         pt_entry_t *ptep;
3573         vm_paddr_t opa;
3574         pt_entry_t origpte, newpte;
3575         vm_paddr_t pa;
3576
3577         if (pmap == NULL)
3578                 return;
3579         va = trunc_page(va);
3580 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
3581         if (va >= KvaEnd)
3582                 panic("pmap_enter: toobig");
3583         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
3584                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
3585                       "pages (va: 0x%lx)", va);
3586 #endif
3587         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
3588                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
3589                         "kernel_pmap\n");
3590 #ifdef DDB
3591                 db_print_backtrace();
3592 #endif
3593         }
3594         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
3595                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
3596                         "kernel_pmap\n");
3597 #ifdef DDB
3598                 db_print_backtrace();
3599 #endif
3600         }
3601
3602         /*
3603          * Get locked PV entries for our new page table entry (pte_pv)
3604          * and for its parent page table (pt_pv).  We need the parent
3605          * so we can resolve the location of the ptep.
3606          *
3607          * Only hardware MMU actions can modify the ptep out from
3608          * under us.
3609          *
3610          * if (m) is fictitious or unmanaged we do not create a managing
3611          * pte_pv for it.  Any pre-existing page's management state must
3612          * match (avoiding code complexity).
3613          *
3614          * If the pmap is still being initialized we assume existing
3615          * page tables.
3616          *
3617          * Kernel mapppings do not track page table pages (i.e. pt_pv).
3618          * pmap_allocpte() checks the
3619          */
3620         if (pmap_initialized == FALSE) {
3621                 pte_pv = NULL;
3622                 pt_pv = NULL;
3623                 ptep = vtopte(va);
3624         } else if (m->flags & (PG_FICTITIOUS | PG_UNMANAGED)) { /* XXX */
3625                 pte_pv = NULL;
3626                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3627                         pt_pv = NULL;
3628                         ptep = vtopte(va);
3629                 } else {
3630                         pt_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va),
3631                                                   NULL, entry, va);
3632                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
3633                 }
3634                 KKASSERT(*ptep == 0 || (*ptep & PG_MANAGED) == 0);
3635         } else {
3636                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3637                         /*
3638                          * Kernel map, pv_entry-tracked.
3639                          */
3640                         pt_pv = NULL;
3641                         pte_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL);
3642                         ptep = vtopte(va);
3643                 } else {
3644                         /*
3645                          * User map
3646                          */
3647                         pte_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pte_pindex(va),
3648                                                    &pt_pv, entry, va);
3649                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
3650                 }
3651                 KKASSERT(*ptep == 0 || (*ptep & PG_MANAGED));
3652         }
3653
3654         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3655         origpte = *ptep;
3656         opa = origpte & PG_FRAME;
3657
3658         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V | PG_A);
3659         if (wired)
3660                 newpte |= PG_W;
3661         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3662                 newpte |= PG_U;
3663         if (pte_pv)
3664                 newpte |= PG_MANAGED;
3665         if (pmap == &kernel_pmap)
3666                 newpte |= pgeflag;
3667         newpte |= pat_pte_index[m->pat_mode];
3668
3669         /*
3670          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
3671          * environments, the existing pte might be correct.
3672          */
3673         if (((origpte ^ newpte) & ~(pt_entry_t)(PG_M|PG_A)) == 0)
3674                 goto done;
3675
3676         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0)
3677                 pmap_inval_init(&info);
3678
3679         /*
3680          * Ok, either the address changed or the protection or wiring
3681          * changed.
3682          *
3683          * Clear the current entry, interlocking the removal.  For managed
3684          * pte's this will also flush the modified state to the vm_page.
3685          * Atomic ops are mandatory in order to ensure that PG_M events are
3686          * not lost during any transition.
3687          */
3688         if (opa) {
3689                 if (pte_pv) {
3690                         /*
3691                          * pmap_remove_pv_pte() unwires pt_pv and assumes
3692                          * we will free pte_pv, but since we are reusing
3693                          * pte_pv we want to retain the wire count.
3694                          *
3695                          * pt_pv won't exist for a kernel page (managed or
3696                          * otherwise).
3697                          */
3698                         if (pt_pv)
3699                                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
3700                         if (prot & VM_PROT_NOSYNC)
3701                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, NULL);
3702                         else
3703                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, &info);
3704                         if (pte_pv->pv_m)
3705                                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
3706                 } else if (prot & VM_PROT_NOSYNC) {
3707                         /*
3708                          * Unmanaged page, NOSYNC (no mmu sync) requested.
3709                          *
3710                          * Leave wire count on PT page intact.
3711                          */
3712                         (void)pte_load_clear(ptep);
3713                         cpu_invlpg((void *)va);
3714                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3715                 } else {
3716                         /*
3717                          * Unmanaged page, normal enter.
3718                          *
3719                          * Leave wire count on PT page intact.
3720                          */
3721                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
3722                         (void)pte_load_clear(ptep);
3723                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3724                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3725                 }
3726                 KKASSERT(*ptep == 0);
3727         }
3728
3729         if (pte_pv) {
3730                 /*
3731                  * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3732                  * Wiring of the PT page is already handled.
3733                  */
3734                 KKASSERT(pte_pv->pv_m == NULL);
3735                 vm_page_spin_lock(m);
3736                 pte_pv->pv_m = m;
3737                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pte_pv, pv_list);
3738                 /*
3739                 if (m->object)
3740                         atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, 1);
3741                 */
3742                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
3743                 vm_page_spin_unlock(m);
3744         } else if (pt_pv && opa == 0) {
3745                 /*
3746                  * We have to adjust the wire count on the PT page ourselves
3747                  * for unmanaged entries.  If opa was non-zero we retained
3748                  * the existing wire count from the removal.
3749                  */
3750                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
3751         }
3752
3753         /*
3754          * Kernel VMAs (pt_pv == NULL) require pmap invalidation interlocks.
3755          *
3756          * User VMAs do not because those will be zero->non-zero, so no
3757          * stale entries to worry about at this point.
3758          *
3759          * For KVM there appear to still be issues.  Theoretically we
3760          * should be able to scrap the interlocks entirely but we
3761          * get crashes.
3762          */
3763         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 && pt_pv == NULL)
3764                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
3765
3766         /*
3767          * Set the pte
3768          */
3769         *(volatile pt_entry_t *)ptep = newpte;
3770
3771         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 && pt_pv == NULL)
3772                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3773         else if (pt_pv == NULL)
3774                 cpu_invlpg((void *)va);
3775
3776         if (wired) {
3777                 if (pte_pv) {
3778                         atomic_add_long(&pte_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
3779                                         1);
3780                 } else {
3781                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
3782                 }
3783         }
3784         if (newpte & PG_RW)
3785                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3786
3787         /*
3788          * Unmanaged pages need manual resident_count tracking.
3789          */
3790         if (pte_pv == NULL && pt_pv)
3791                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
3792
3793         /*
3794          * Cleanup
3795          */
3796         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 || pte_pv == NULL)
3797                 pmap_inval_done(&info);
3798 done:
3799         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
3800
3801         /*
3802          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.
3803          */
3804         if (pte_pv)
3805                 pv_put(pte_pv);
3806         if (pt_pv)
3807                 pv_put(pt_pv);
3808 }
3809
3810 /*
3811  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
3812  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
3813  * VA.
3814  *
3815  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
3816  */
3817 void
3818 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3819 {
3820         pmap_enter(pmap, va, m, VM_PROT_READ, FALSE, NULL);
3821 }
3822
3823 /*
3824  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3825  * to be used for panic dumps.
3826  *
3827  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
3828  */
3829 void *
3830 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
3831 {
3832         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
3833         return ((void *)crashdumpmap);
3834 }
3835
3836 #define MAX_INIT_PT (96)
3837
3838 /*
3839  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
3840  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
3841  * immediately after an mmap.
3842  */
3843 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
3844
3845 void
3846 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
3847                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
3848                     vm_size_t size, int limit)
3849 {
3850         struct rb_vm_page_scan_info info;
3851         struct lwp *lp;
3852         vm_size_t psize;
3853
3854         /*
3855          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
3856          * or object.
3857          */
3858         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
3859                 return;
3860
3861         /*
3862          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
3863          */
3864         lp = curthread->td_lwp;
3865         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3866                 return;
3867
3868         /*
3869          * Misc additional checks
3870          */
3871         psize = x86_64_btop(size);
3872
3873         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
3874                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
3875                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
3876                 return;
3877         }
3878
3879         if (pindex + psize > object->size) {
3880                 if (object->size < pindex)
3881                         return;           
3882                 psize = object->size - pindex;
3883         }
3884
3885         if (psize == 0)
3886                 return;
3887
3888         /*
3889          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
3890          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
3891          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
3892          * page table page.
3893          */
3894         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
3895             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
3896             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
3897                 return;
3898         }
3899
3900         /*
3901          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
3902          * any valid pages found into the pmap.
3903          *
3904          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
3905          * object token.
3906          */
3907         info.start_pindex = pindex;
3908         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
3909         info.limit = limit;
3910         info.mpte = NULL;
3911         info.addr = addr;
3912         info.pmap = pmap;
3913
3914         vm_object_hold_shared(object);
3915         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
3916                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
3917         vm_object_drop(object);
3918 }
3919
3920 static
3921 int
3922 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
3923 {
3924         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
3925         vm_pindex_t rel_index;
3926
3927         /*
3928          * don't allow an madvise to blow away our really
3929          * free pages allocating pv entries.
3930          */
3931         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
3932                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
3933                     return(-1);
3934         }
3935
3936         /*
3937          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
3938          * busy (while holding the object token).
3939          */
3940         if (p->flags & PG_MARKER)
3941                 return 0;
3942         if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
3943                 return 0;
3944         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
3945             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3946                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
3947                         vm_page_deactivate(p);
3948                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
3949                 pmap_enter_quick(info->pmap,
3950                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
3951         }
3952         vm_page_wakeup(p);
3953         lwkt_yield();
3954         return(0);
3955 }
3956
3957 /*
3958  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
3959  * address.
3960  *
3961  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
3962  * into the slot.
3963  *
3964  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
3965  */
3966 int
3967 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3968 {
3969         pt_entry_t *pte;
3970
3971         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
3972         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
3973                 if (*pte & PG_V) {
3974                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
3975                         return FALSE;
3976                 }
3977         }
3978         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
3979         return TRUE;
3980 }
3981
3982 /*
3983  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
3984  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.
3985  */
3986 void
3987 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired,
3988                    vm_map_entry_t entry)
3989 {
3990         pt_entry_t *ptep;
3991         pv_entry_t pv;
3992
3993         if (pmap == NULL)
3994                 return;
3995         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
3996         pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL, entry, va);
3997         ptep = pv_pte_lookup(pv, pmap_pte_index(va));
3998
3999         if (wired && !pmap_pte_w(ptep))
4000                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, 1);
4001         else if (!wired && pmap_pte_w(ptep))
4002                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4003
4004         /*
4005          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4006          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
4007          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
4008          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
4009          * wiring changes.
4010          */
4011         if (wired)
4012                 atomic_set_long(ptep, PG_W);
4013         else
4014                 atomic_clear_long(ptep, PG_W);
4015         pv_put(pv);
4016         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
4017 }
4018
4019
4020
4021 /*
4022  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
4023  * the range dst_addr/len in the destination map.
4024  *
4025  * This routine is only advisory and need not do anything.
4026  */
4027 void
4028 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
4029           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4030 {
4031 }       
4032
4033 /*
4034  * pmap_zero_page:
4035  *
4036  *      Zero the specified physical page.
4037  *
4038  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
4039  *      required.
4040  */
4041 void
4042 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
4043 {
4044         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4045
4046         pagezero((void *)va);
4047 }
4048
4049 /*
4050  * pmap_page_assertzero:
4051  *
4052  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
4053  */
4054 void
4055 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
4056 {
4057         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4058         size_t i;
4059
4060         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
4061                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
4062                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!",
4063                               (void *)(intptr_t)va);
4064                 }
4065         }
4066 }
4067
4068 /*
4069  * pmap_zero_page:
4070  *
4071  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
4072  *      its contents with bzero.
4073  *
4074  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4075  */
4076 void
4077 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
4078 {
4079         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
4080
4081         bzero((char *)virt + off, size);
4082 }
4083
4084 /*
4085  * pmap_copy_page:
4086  *
4087  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4088  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4089  *      is required.
4090  */
4091 void
4092 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
4093 {
4094         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4095
4096         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4097         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4098         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
4099 }
4100
4101 /*
4102  * pmap_copy_page_frag:
4103  *
4104  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4105  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4106  *      is required.
4107  */
4108 void
4109 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
4110 {
4111         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4112
4113         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4114         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4115
4116         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
4117               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
4118               bytes);
4119 }
4120
4121 /*
4122  * Returns true if the pmap's pv is one of the first 16 pvs linked to from
4123  * this page.  This count may be changed upwards or downwards in the future;
4124  * it is only necessary that true be returned for a small subset of pmaps
4125  * for proper page aging.
4126  */
4127 boolean_t
4128 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4129 {
4130         pv_entry_t pv;
4131         int loops = 0;
4132
4133         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4134                 return FALSE;
4135
4136         vm_page_spin_lock(m);
4137         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4138                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
4139                         vm_page_spin_unlock(m);
4140                         return TRUE;
4141                 }
4142                 loops++;
4143                 if (loops >= 16)
4144                         break;
4145         }
4146         vm_page_spin_unlock(m);
4147         return (FALSE);
4148 }
4149
4150 /*
4151  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
4152  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
4153  * only.
4154  */
4155 void
4156 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4157 {
4158         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
4159         cpu_invltlb();
4160 }
4161
4162 /*
4163  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
4164  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
4165  */
4166 static
4167 boolean_t
4168 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
4169 {
4170         pv_entry_t pv;
4171         pt_entry_t *pte;
4172
4173         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4174                 return FALSE;
4175
4176         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
4177                 return FALSE;
4178         vm_page_spin_lock(m);
4179         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
4180                 vm_page_spin_unlock(m);
4181                 return FALSE;
4182         }
4183
4184         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4185                 /*
4186                  * if the bit being tested is the modified bit, then
4187                  * mark clean_map and ptes as never
4188                  * modified.
4189                  */
4190                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
4191                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4192                                 continue;
4193                 }
4194
4195 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4196                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4197                         kprintf("Null pmap (tb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4198                             pv->pv_pindex);
4199                         continue;
4200                 }
4201 #endif
4202                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4203                 if (*pte & bit) {
4204                         vm_page_spin_unlock(m);
4205                         return TRUE;
4206                 }
4207         }
4208         vm_page_spin_unlock(m);
4209         return (FALSE);
4210 }
4211
4212 /*
4213  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
4214  * specified.  PG_RW requires special handling.
4215  *
4216  * Caller must NOT hold any spin locks
4217  */
4218 static __inline
4219 void
4220 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
4221 {
4222         struct pmap_inval_info info;
4223         pv_entry_t pv;
4224         pt_entry_t *pte;
4225         pt_entry_t pbits;
4226         pmap_t save_pmap;
4227
4228         if (bit == PG_RW)
4229                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4230         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
4231                 return;
4232         }
4233
4234         /*
4235          * PG_M or PG_A case
4236          *
4237          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
4238          * setting RO do we need to clear the VAC?
4239          *
4240          * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
4241          *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
4242          *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
4243          *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
4244          *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
4245          *       tables.
4246          *
4247          * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
4248          */
4249         if ((bit & PG_RW) == 0) {
4250                 vm_page_spin_lock(m);
4251                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4252         #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4253                         if (pv->pv_pmap == NULL) {
4254                                 kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4255                                     pv->pv_pindex);
4256                                 continue;
4257                         }
4258         #endif
4259                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap,
4260                                              pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4261                         pbits = *pte;
4262                         if (pbits & bit)
4263                                 atomic_clear_long(pte, bit);
4264                 }
4265                 vm_page_spin_unlock(m);
4266                 return;
4267         }
4268
4269         /*
4270          * Clear PG_RW.  Also clears PG_M and marks the page dirty if PG_M
4271          * was set.
4272          */
4273         pmap_inval_init(&info);
4274
4275 restart:
4276         vm_page_spin_lock(m);
4277         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4278                 /*
4279                  * don't write protect pager mappings
4280                  */
4281                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4282                         continue;
4283
4284 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4285                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4286                         kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4287                             pv->pv_pindex);
4288                         continue;
4289                 }
4290 #endif
4291                 /*
4292                  * Skip pages which do not have PG_RW set.
4293                  */
4294                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4295                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
4296                         continue;
4297
4298                 /*
4299                  * Lock the PV
4300                  */
4301                 if (pv_hold_try(pv) == 0) {
4302                         vm_page_spin_unlock(m);
4303                         pv_lock(pv);    /* held, now do a blocking lock */
4304                         pv_put(pv);     /* and release */
4305                         goto restart;   /* anything could have happened */
4306                 }
4307
4308                 save_pmap = pv->pv_pmap;
4309                 vm_page_spin_unlock(m);
4310                 pmap_inval_interlock(&info, save_pmap,
4311                                      (vm_offset_t)pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4312                 KKASSERT(pv->pv_pmap == save_pmap);
4313                 for (;;) {
4314                         pbits = *pte;
4315                         cpu_ccfence();
4316                         if (atomic_cmpset_long(pte, pbits,
4317                                                pbits & ~(PG_RW|PG_M))) {
4318                                 break;
4319                         }
4320                 }
4321                 pmap_inval_deinterlock(&info, save_pmap);
4322                 vm_page_spin_lock(m);
4323
4324                 /*
4325                  * If PG_M was found to be set while we were clearing PG_RW
4326                  * we also clear PG_M (done above) and mark the page dirty.
4327                  * Callers expect this behavior.
4328                  */
4329                 if (pbits & PG_M)
4330                         vm_page_dirty(m);
4331                 pv_put(pv);
4332         }
4333         vm_page_spin_unlock(m);
4334         pmap_inval_done(&info);
4335 }
4336
4337 /*
4338  * Lower the permission for all mappings to a given page.
4339  *
4340  * Page must be busied by caller.
4341  */
4342 void
4343 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4344 {
4345         /* JG NX support? */
4346         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4347                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
4348                         /*
4349                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
4350                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
4351                          */
4352                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
4353                 } else {
4354                         pmap_remove_all(m);
4355                 }
4356         }
4357 }
4358
4359 vm_paddr_t
4360 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
4361 {
4362         return (x86_64_ptob(ppn));
4363 }
4364
4365 /*
4366  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4367  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4368  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4369  * reference bits set.
4370  *
4371  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4372  * should be tested and standardized at some point in the future for
4373  * optimal aging of shared pages.
4374  *
4375  * This routine may not block.
4376  */
4377 int
4378 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4379 {
4380         pv_entry_t pv;
4381         pt_entry_t *pte;
4382         int rtval = 0;
4383
4384         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4385                 return (rtval);
4386
4387         vm_page_spin_lock(m);
4388         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4389                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4390                         continue;
4391                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4392                 if (pte && (*pte & PG_A)) {
4393                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4394                         rtval++;
4395                         if (rtval > 4)
4396                                 break;
4397                 }
4398         }
4399         vm_page_spin_unlock(m);
4400         return (rtval);
4401 }
4402
4403 /*
4404  *      pmap_is_modified:
4405  *
4406  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4407  *      in any physical maps.
4408  */
4409 boolean_t
4410 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4411 {
4412         boolean_t res;
4413
4414         res = pmap_testbit(m, PG_M);
4415         return (res);
4416 }
4417
4418 /*
4419  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4420  */
4421 void
4422 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4423 {
4424         pmap_clearbit(m, PG_M);
4425 }
4426
4427 /*
4428  *      pmap_clear_reference:
4429  *
4430  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4431  */
4432 void
4433 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4434 {
4435         pmap_clearbit(m, PG_A);
4436 }
4437
4438 /*
4439  * Miscellaneous support routines follow
4440  */
4441
4442 static
4443 void
4444 i386_protection_init(void)
4445 {
4446         int *kp, prot;
4447
4448         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
4449         kp = protection_codes;
4450         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
4451                 switch (prot) {
4452                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4453                         /*
4454                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
4455                          * so just make it readable.
4456                          */
4457                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4458                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4459                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4460                         *kp++ = 0;
4461                         break;
4462                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4463                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4464                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4465                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4466                         *kp++ = PG_RW;
4467                         break;
4468                 }
4469         }
4470 }
4471
4472 /*
4473  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4474  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4475  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4476  * NOT real memory.
4477  *
4478  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
4479  *       a time.
4480  *
4481  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
4482  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
4483  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
4484  *       supports PAT.
4485  */
4486 void *
4487 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4488 {
4489         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4490 }
4491
4492 void *
4493 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4494 {
4495         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4496 }
4497
4498 void *
4499 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4500 {
4501         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4502 }
4503
4504 /*
4505  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4506  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4507  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4508  * NOT real memory.
4509  */
4510 void *
4511 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4512 {
4513         vm_offset_t va, tmpva, offset;
4514         pt_entry_t *pte;
4515         vm_size_t tmpsize;
4516
4517         offset = pa & PAGE_MASK;
4518         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4519
4520         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
4521         if (va == 0)
4522                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4523
4524         pa = pa & ~PAGE_MASK;
4525         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
4526                 pte = vtopte(tmpva);
4527                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | /* pgeflag | */
4528                        pat_pte_index[mode];
4529                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
4530                 tmpva += PAGE_SIZE;
4531                 pa += PAGE_SIZE;
4532         }
4533         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, va, va + size);
4534         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
4535
4536         return ((void *)(va + offset));
4537 }
4538
4539 void
4540 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4541 {
4542         vm_offset_t base, offset;
4543
4544         base = va & ~PAGE_MASK;
4545         offset = va & PAGE_MASK;
4546         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4547         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
4548         kmem_free(&kernel_map, base, size);
4549 }
4550
4551 /*
4552  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
4553  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
4554  * during the adjustment.
4555  */
4556 void
4557 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
4558 {
4559         pt_entry_t *pte;
4560         vm_offset_t base;
4561         int changed = 0;
4562
4563         if (va == 0)
4564                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
4565         base = trunc_page(va);
4566
4567         while (count) {
4568                 pte = vtopte(va);
4569                 *pte = (*pte & ~(pt_entry_t)(PG_PTE_PAT | PG_NC_PCD |
4570                                              PG_NC_PWT)) |
4571                        pat_pte_index[mode];
4572                 --count;
4573                 va += PAGE_SIZE;
4574         }
4575
4576         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
4577
4578         /*
4579          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
4580          * shouldn't be, etc.
4581          */
4582         if (changed) {
4583                 pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, base, va);
4584                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
4585         }
4586 }
4587
4588 /*
4589  * perform the pmap work for mincore
4590  */
4591 int
4592 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4593 {
4594         pt_entry_t *ptep, pte;
4595         vm_page_t m;
4596         int val = 0;
4597         
4598         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
4599         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
4600
4601         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
4602                 vm_offset_t pa;
4603
4604                 val = MINCORE_INCORE;
4605                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
4606                         goto done;
4607
4608                 pa = pte & PG_FRAME;
4609
4610                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4611
4612                 /*
4613                  * Modified by us
4614                  */
4615                 if (pte & PG_M)
4616                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4617                 /*
4618                  * Modified by someone
4619                  */
4620                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
4621                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4622                 /*
4623                  * Referenced by us
4624                  */
4625                 if (pte & PG_A)
4626                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4627
4628                 /*
4629                  * Referenced by someone
4630                  */
4631                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
4632                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4633                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4634                 }
4635         } 
4636 done:
4637         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
4638
4639         return val;
4640 }
4641
4642 /*
4643  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
4644  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
4645  *
4646  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
4647  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
4648  *
4649  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
4650  */
4651 void
4652 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
4653 {
4654         struct vmspace *oldvm;
4655         struct lwp *lp;
4656
4657         oldvm = p->p_vmspace;
4658         if (oldvm != newvm) {
4659                 if (adjrefs)
4660                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
4661                 p->p_vmspace = newvm;
4662                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
4663                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
4664                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
4665                 if (adjrefs)
4666                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
4667         }
4668 }
4669
4670 /*
4671  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
4672  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
4673  * on a per-lwp basis.
4674  *
4675  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
4676  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
4677  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
4678  */
4679 void
4680 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
4681 {
4682         struct vmspace *oldvm;
4683         struct pmap *pmap;
4684
4685         oldvm = lp->lwp_vmspace;
4686
4687         if (oldvm != newvm) {
4688                 crit_enter();
4689                 lp->lwp_vmspace = newvm;
4690                 if (curthread->td_lwp == lp) {
4691                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
4692                         atomic_set_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
4693                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
4694                                 pmap_interlock_wait(newvm);
4695 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
4696                         tlb_flush_count++;
4697 #endif
4698                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
4699                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
4700                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
4701                         atomic_clear_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
4702                 }
4703                 crit_exit();
4704         }
4705 }
4706
4707 /*
4708  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
4709  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
4710  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
4711  * this because the thread making the modifications has already set up its
4712  * SMP synchronization mask.
4713  *
4714  * This function cannot sleep!
4715  *
4716  * No requirements.
4717  */
4718 void
4719 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
4720 {
4721         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
4722
4723         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
4724                 crit_enter();
4725                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
4726                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
4727                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
4728                         cpu_ccfence();
4729                         lwkt_process_ipiq();
4730                 }
4731                 DEBUG_POP_INFO();
4732                 crit_exit();
4733         }
4734 }
4735
4736 vm_offset_t
4737 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
4738 {
4739
4740         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
4741                 return addr;
4742         }
4743
4744         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
4745         return addr;
4746 }
4747
4748 /*
4749  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
4750  */
4751 vm_page_t
4752 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
4753 {
4754         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*vtopte(va) & PG_FRAME));
4755 }
4756
4757 /*
4758  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
4759  * is executed when a VM object is created.
4760  */
4761 void
4762 pmap_object_init(vm_object_t object)
4763 {
4764         object->md.pmap_rw = NULL;
4765         object->md.pmap_ro = NULL;
4766 }
4767
4768 /*
4769  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
4770  * is executed when a VM object is destroyed.
4771  */
4772 void
4773 pmap_object_free(vm_object_t object)
4774 {
4775         pmap_t pmap;
4776
4777         if ((pmap = object->md.pmap_rw) != NULL) {
4778                 object->md.pmap_rw = NULL;
4779                 pmap_remove_noinval(pmap,
4780                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
4781                 pmap->pm_active = 0;
4782                 pmap_release(pmap);
4783                 pmap_puninit(pmap);
4784                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
4785         }
4786         if ((pmap = object->md.pmap_ro) != NULL) {
4787                 object->md.pmap_ro = NULL;
4788                 pmap_remove_noinval(pmap,
4789                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
4790                 pmap->pm_active = 0;
4791                 pmap_release(pmap);
4792                 pmap_puninit(pmap);
4793                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
4794         }
4795 }