Merge from vendor branch INTEL_ACPICA:
[dragonfly.git] / sys / platform / pc32 / i386 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  *
9  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
10  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
11  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
12  *
13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
14  * modification, are permitted provided that the following conditions
15  * are met:
16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
22  *    must display the following acknowledgement:
23  *      This product includes software developed by the University of
24  *      California, Berkeley and its contributors.
25  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
26  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
27  *    without specific prior written permission.
28  *
29  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
30  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
31  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
32  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
33  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
34  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
35  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
36  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
37  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
38  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
39  * SUCH DAMAGE.
40  *
41  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
43  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/i386/pmap.c,v 1.72 2007/01/15 09:28:36 dillon Exp $
44  */
45
46 /*
47  *      Manages physical address maps.
48  *
49  *      In addition to hardware address maps, this
50  *      module is called upon to provide software-use-only
51  *      maps which may or may not be stored in the same
52  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
53  *      used to store intermediate results from copy
54  *      operations to and from address spaces.
55  *
56  *      Since the information managed by this module is
57  *      also stored by the logical address mapping module,
58  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
59  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
60  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
61  *      requested.
62  *
63  *      In order to cope with hardware architectures which
64  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
65  *      this module may delay invalidate or reduced protection
66  *      operations until such time as they are actually
67  *      necessary.  This module is given full information as
68  *      to which processors are currently using which maps,
69  *      and to when physical maps must be made correct.
70  */
71
72 #include "opt_disable_pse.h"
73 #include "opt_pmap.h"
74 #include "opt_msgbuf.h"
75
76 #include <sys/param.h>
77 #include <sys/systm.h>
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/msgbuf.h>
81 #include <sys/vmmeter.h>
82 #include <sys/mman.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_param.h>
86 #include <sys/sysctl.h>
87 #include <sys/lock.h>
88 #include <vm/vm_kern.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_map.h>
91 #include <vm/vm_object.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/vm_pageout.h>
94 #include <vm/vm_pager.h>
95 #include <vm/vm_zone.h>
96
97 #include <sys/user.h>
98 #include <sys/thread2.h>
99
100 #include <machine/cputypes.h>
101 #include <machine/md_var.h>
102 #include <machine/specialreg.h>
103 #include <machine/smp.h>
104 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
105 #include <machine/globaldata.h>
106 #include <machine/pmap.h>
107 #include <machine/pmap_inval.h>
108
109 #include <ddb/ddb.h>
110
111 #define PMAP_KEEP_PDIRS
112 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
113 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
114 #endif
115
116 #if defined(DIAGNOSTIC)
117 #define PMAP_DIAGNOSTIC
118 #endif
119
120 #define MINPV 2048
121
122 #if !defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_INLINE __inline
124 #else
125 #define PMAP_INLINE
126 #endif
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
155 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
156 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
157 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
158 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
159 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
160 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
161 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
162
163 static vm_object_t kptobj;
164
165 static int nkpt;
166 vm_offset_t kernel_vm_end;
167
168 /*
169  * Data for the pv entry allocation mechanism
170  */
171 static vm_zone_t pvzone;
172 static struct vm_zone pvzone_store;
173 static struct vm_object pvzone_obj;
174 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
175 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
176 static struct pv_entry *pvinit;
177
178 /*
179  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
180  */
181 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
182 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
183 static pt_entry_t *msgbufmap;
184 struct msgbuf *msgbufp=0;
185
186 /*
187  * Crashdump maps.
188  */
189 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
190 static caddr_t crashdumpmap;
191
192 extern pt_entry_t *SMPpt;
193
194 static PMAP_INLINE void free_pv_entry (pv_entry_t pv);
195 static unsigned * get_ptbase (pmap_t pmap);
196 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
197 static void     i386_protection_init (void);
198 static __inline void    pmap_clearbit (vm_page_t m, int bit);
199
200 static void     pmap_remove_all (vm_page_t m);
201 static vm_page_t pmap_enter_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
202                                       vm_page_t m, vm_page_t mpte);
203 static int pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, unsigned *ptq, 
204                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
205 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
206                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
207 static int pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
208                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
209 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
210 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
211                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
212
213 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
214
215 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
216 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, unsigned ptepindex);
217 static unsigned * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
218 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
219 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
220 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
221
222 static unsigned pdir4mb;
223
224 /*
225  * Move the kernel virtual free pointer to the next
226  * 4MB.  This is used to help improve performance
227  * by using a large (4MB) page for much of the kernel
228  * (.text, .data, .bss)
229  */
230 static vm_offset_t
231 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
232 {
233         vm_offset_t newaddr = addr;
234 #ifndef DISABLE_PSE
235         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
236                 newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
237         }
238 #endif
239         return newaddr;
240 }
241
242 /*
243  * pmap_pte:
244  *
245  *      Extract the page table entry associated with the given map/virtual
246  *      pair.
247  *
248  *      This function may NOT be called from an interrupt.
249  */
250 PMAP_INLINE unsigned *
251 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
252 {
253         unsigned *pdeaddr;
254
255         if (pmap) {
256                 pdeaddr = (unsigned *) pmap_pde(pmap, va);
257                 if (*pdeaddr & PG_PS)
258                         return pdeaddr;
259                 if (*pdeaddr) {
260                         return get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
261                 }
262         }
263         return (0);
264 }
265
266 /*
267  * pmap_pte_quick:
268  *
269  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
270  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
271  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
272  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
273  *
274  *      Should only be called while in a critical section.
275  */
276 static unsigned * 
277 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
278 {
279         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
280         unsigned pde, newpf;
281
282         if ((pde = (unsigned) pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT]) != 0) {
283                 unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
284                 unsigned index = i386_btop(va);
285                 /* are we current address space or kernel? */
286                 if ((pmap == &kernel_pmap) ||
287                         (frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME))) {
288                         return (unsigned *) PTmap + index;
289                 }
290                 newpf = pde & PG_FRAME;
291                 if ( ((* (unsigned *) gd->gd_PMAP1) & PG_FRAME) != newpf) {
292                         * (unsigned *) gd->gd_PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V;
293                         cpu_invlpg(gd->gd_PADDR1);
294                 }
295                 return gd->gd_PADDR1 + ((unsigned) index & (NPTEPG - 1));
296         }
297         return (0);
298 }
299
300
301 /*
302  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
303  *
304  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
305  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
306  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
307  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
308  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
309  *      (physical) address starting relative to 0]
310  */
311 void
312 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr, vm_paddr_t loadaddr)
313 {
314         vm_offset_t va;
315         pt_entry_t *pte;
316         struct mdglobaldata *gd;
317         int i;
318         int pg;
319
320         KvaStart = (vm_offset_t)VADDR(PTDPTDI, 0);
321         KvaSize = (vm_offset_t)VADDR(APTDPTDI, 0) - KvaStart;
322         KvaEnd  = KvaStart + KvaSize;
323
324         avail_start = firstaddr;
325
326         /*
327          * XXX The calculation of virtual_start is wrong. It's NKPT*PAGE_SIZE
328          * too large. It should instead be correctly calculated in locore.s and
329          * not based on 'first' (which is a physical address, not a virtual
330          * address, for the start of unused physical memory). The kernel
331          * page tables are NOT double mapped and thus should not be included
332          * in this calculation.
333          */
334         virtual_start = (vm_offset_t) KERNBASE + firstaddr;
335         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
336         virtual_end = VADDR(KPTDI+NKPDE-1, NPTEPG-1);
337
338         /*
339          * Initialize protection array.
340          */
341         i386_protection_init();
342
343         /*
344          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
345          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
346          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
347          */
348         kernel_pmap.pm_pdir = (pd_entry_t *)(KERNBASE + (u_int)IdlePTD);
349         kernel_pmap.pm_count = 1;
350         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1;  /* don't allow deactivation */
351         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
352         nkpt = NKPT;
353
354         /*
355          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
356          * mapping of pages.
357          */
358 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
359         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
360
361         va = virtual_start;
362         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
363
364         /*
365          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
366          */
367         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
368
369         /*
370          * Crashdump maps.
371          */
372         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
373
374         /*
375          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
376          * /dev/mem.
377          */
378         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
379
380         /*
381          * msgbufp is used to map the system message buffer.
382          * XXX msgbufmap is not used.
383          */
384         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
385                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
386
387         virtual_start = va;
388
389         *(int *) CMAP1 = 0;
390         for (i = 0; i < NKPT; i++)
391                 PTD[i] = 0;
392
393         /*
394          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
395          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
396          * works under UP because self-referential page table mappings
397          */
398 #ifdef SMP
399         pgeflag = 0;
400 #else
401         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
402                 pgeflag = PG_G;
403 #endif
404         
405 /*
406  * Initialize the 4MB page size flag
407  */
408         pseflag = 0;
409 /*
410  * The 4MB page version of the initial
411  * kernel page mapping.
412  */
413         pdir4mb = 0;
414
415 #if !defined(DISABLE_PSE)
416         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
417                 unsigned ptditmp;
418                 /*
419                  * Note that we have enabled PSE mode
420                  */
421                 pseflag = PG_PS;
422                 ptditmp = *((unsigned *)PTmap + i386_btop(KERNBASE));
423                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
424                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
425                 pdir4mb = ptditmp;
426
427 #ifndef SMP
428                 /*
429                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
430                  * now because the APs will not be able to use it when
431                  * they boot up.
432                  */
433                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
434
435                 /*
436                  * We can do the mapping here for the single processor
437                  * case.  We simply ignore the old page table page from
438                  * now on.
439                  */
440                 /*
441                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
442                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
443                  */
444                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
445                 kernel_pmap.pm_pdir[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
446                 cpu_invltlb();
447 #endif
448         }
449 #endif
450 #ifdef SMP
451         if (cpu_apic_address == 0)
452                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
453
454         /* local apic is mapped on last page */
455         SMPpt[NPTEPG - 1] = (pt_entry_t)(PG_V | PG_RW | PG_N | pgeflag |
456             (cpu_apic_address & PG_FRAME));
457 #endif
458
459         /*
460          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
461          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
462          * portion.
463          */
464         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
465         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
466         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
467         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
468         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
469         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
470         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
471         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
472         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
473         gd->gd_PADDR1 = (unsigned *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
474
475         cpu_invltlb();
476 }
477
478 #ifdef SMP
479 /*
480  * Set 4mb pdir for mp startup
481  */
482 void
483 pmap_set_opt(void)
484 {
485         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
486                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
487                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
488                         kernel_pmap.pm_pdir[KPTDI] =
489                             PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)pdir4mb;
490                         cpu_invltlb();
491                 }
492         }
493 }
494 #endif
495
496 /*
497  *      Initialize the pmap module.
498  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
499  *      system needs to map virtual memory.
500  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
501  *      way, discontiguous physical memory.
502  */
503 void
504 pmap_init(void)
505 {
506         int i;
507         int initial_pvs;
508
509         /*
510          * object for kernel page table pages
511          */
512         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NKPDE);
513
514         /*
515          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
516          * pv_head_table.
517          */
518
519         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
520                 vm_page_t m;
521
522                 m = &vm_page_array[i];
523                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
524                 m->md.pv_list_count = 0;
525         }
526
527         /*
528          * init the pv free list
529          */
530         initial_pvs = vm_page_array_size;
531         if (initial_pvs < MINPV)
532                 initial_pvs = MINPV;
533         pvzone = &pvzone_store;
534         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
535                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
536         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
537                 initial_pvs);
538
539         /*
540          * Now it is safe to enable pv_table recording.
541          */
542         pmap_initialized = TRUE;
543 }
544
545 /*
546  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
547  * high water mark so that the system can recover from excessive
548  * numbers of pv entries.
549  */
550 void
551 pmap_init2(void)
552 {
553         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
554
555         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
556         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
557         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
558         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
559         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
560 }
561
562
563 /***************************************************
564  * Low level helper routines.....
565  ***************************************************/
566
567 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
568
569 /*
570  * This code checks for non-writeable/modified pages.
571  * This should be an invalid condition.
572  */
573 static int
574 pmap_nw_modified(pt_entry_t ptea)
575 {
576         int pte;
577
578         pte = (int) ptea;
579
580         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
581                 return 1;
582         else
583                 return 0;
584 }
585 #endif
586
587
588 /*
589  * this routine defines the region(s) of memory that should
590  * not be tested for the modified bit.
591  */
592 static PMAP_INLINE int
593 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
594 {
595         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
596                 return 1;
597         else
598                 return 0;
599 }
600
601 static unsigned *
602 get_ptbase(pmap_t pmap)
603 {
604         unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
605         struct globaldata *gd = mycpu;
606
607         /* are we current address space or kernel? */
608         if (pmap == &kernel_pmap || frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
609                 return (unsigned *) PTmap;
610         }
611
612         /* otherwise, we are alternate address space */
613         KKASSERT(gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
614                  (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD) == 0);
615
616         if (frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
617                 APTDpde = (pd_entry_t)(frame | PG_RW | PG_V);
618                 /* The page directory is not shared between CPUs */
619                 cpu_invltlb();
620         }
621         return (unsigned *) APTmap;
622 }
623
624 /*
625  * pmap_extract:
626  *
627  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
628  *
629  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
630  *      not kernel_pmap.
631  */
632 vm_paddr_t 
633 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
634 {
635         vm_offset_t rtval;
636         vm_offset_t pdirindex;
637
638         pdirindex = va >> PDRSHIFT;
639         if (pmap && (rtval = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex])) {
640                 unsigned *pte;
641                 if ((rtval & PG_PS) != 0) {
642                         rtval &= ~(NBPDR - 1);
643                         rtval |= va & (NBPDR - 1);
644                         return rtval;
645                 }
646                 pte = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
647                 rtval = ((*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
648                 return rtval;
649         }
650         return 0;
651 }
652
653 /***************************************************
654  * Low level mapping routines.....
655  ***************************************************/
656
657 /*
658  * Routine: pmap_kenter
659  * Function:
660  *      Add a wired page to the KVA
661  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
662  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
663  */
664 void 
665 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
666 {
667         unsigned *pte;
668         unsigned npte;
669         pmap_inval_info info;
670
671         pmap_inval_init(&info);
672         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
673         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
674         pte = (unsigned *)vtopte(va);
675         *pte = npte;
676         pmap_inval_flush(&info);
677 }
678
679 /*
680  * Routine: pmap_kenter_quick
681  * Function:
682  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
683  *      mapping on the current CPU.
684  */
685 void
686 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
687 {
688         unsigned *pte;
689         unsigned npte;
690
691         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
692         pte = (unsigned *)vtopte(va);
693         *pte = npte;
694         cpu_invlpg((void *)va);
695 }
696
697 void
698 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
699 {
700         pmap_inval_info info;
701
702         pmap_inval_init(&info);
703         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
704         pmap_inval_flush(&info);
705 }
706
707 void
708 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
709 {
710         cpu_invlpg((void *)va);
711 }
712
713 /*
714  * remove a page from the kernel pagetables
715  */
716 void
717 pmap_kremove(vm_offset_t va)
718 {
719         unsigned *pte;
720         pmap_inval_info info;
721
722         pmap_inval_init(&info);
723         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
724         pte = (unsigned *)vtopte(va);
725         *pte = 0;
726         pmap_inval_flush(&info);
727 }
728
729 void
730 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
731 {
732         unsigned *pte;
733         pte = (unsigned *)vtopte(va);
734         *pte = 0;
735         cpu_invlpg((void *)va);
736 }
737
738 /*
739  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
740  */
741 void
742 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
743 {
744         *vtopte(va) |= PG_RW;
745         cpu_invlpg((void *)va);
746 }
747
748 void
749 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
750 {
751         *vtopte(va) |= PG_N;
752         cpu_invlpg((void *)va);
753 }
754
755 /*
756  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
757  *      virtual address space.
758  *
759  *      For now, VM is already on, we only need to map the
760  *      specified memory.
761  */
762 vm_offset_t
763 pmap_map(vm_offset_t virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
764 {
765         while (start < end) {
766                 pmap_kenter(virt, start);
767                 virt += PAGE_SIZE;
768                 start += PAGE_SIZE;
769         }
770         return (virt);
771 }
772
773
774 /*
775  * Add a list of wired pages to the kva
776  * this routine is only used for temporary
777  * kernel mappings that do not need to have
778  * page modification or references recorded.
779  * Note that old mappings are simply written
780  * over.  The page *must* be wired.
781  */
782 void
783 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
784 {
785         vm_offset_t end_va;
786
787         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
788                 
789         while (va < end_va) {
790                 unsigned *pte;
791
792                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
793                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
794                 cpu_invlpg((void *)va);
795                 va += PAGE_SIZE;
796                 m++;
797         }
798 #ifdef SMP
799         smp_invltlb();  /* XXX */
800 #endif
801 }
802
803 void
804 pmap_qenter2(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count, cpumask_t *mask)
805 {
806         vm_offset_t end_va;
807         cpumask_t cmask = mycpu->gd_cpumask;
808
809         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
810
811         while (va < end_va) {
812                 unsigned *pte;
813                 unsigned pteval;
814
815                 /*
816                  * Install the new PTE.  If the pte changed from the prior
817                  * mapping we must reset the cpu mask and invalidate the page.
818                  * If the pte is the same but we have not seen it on the
819                  * current cpu, invlpg the existing mapping.  Otherwise the
820                  * entry is optimal and no invalidation is required.
821                  */
822                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
823                 pteval = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag;
824                 if (*pte != pteval) {
825                         *mask = 0;
826                         *pte = pteval;
827                         cpu_invlpg((void *)va);
828                 } else if ((*mask & cmask) == 0) {
829                         cpu_invlpg((void *)va);
830                 }
831                 va += PAGE_SIZE;
832                 m++;
833         }
834         *mask |= cmask;
835 }
836
837 /*
838  * this routine jerks page mappings from the
839  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
840  */
841 void
842 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
843 {
844         vm_offset_t end_va;
845
846         end_va = va + count*PAGE_SIZE;
847
848         while (va < end_va) {
849                 unsigned *pte;
850
851                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
852                 *pte = 0;
853                 cpu_invlpg((void *)va);
854                 va += PAGE_SIZE;
855         }
856 #ifdef SMP
857         smp_invltlb();
858 #endif
859 }
860
861 /*
862  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
863  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
864  *
865  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
866  * the call should be made with a critical section held so the page's object
867  * association remains valid on return.
868  */
869 static vm_page_t
870 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
871 {
872         vm_page_t m;
873
874 retry:
875         m = vm_page_lookup(object, pindex);
876         if (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"))
877                 goto retry;
878         return(m);
879 }
880
881 /*
882  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
883  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
884  */
885 void
886 pmap_init_thread(thread_t td)
887 {
888         /* enforce pcb placement */
889         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
890         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
891         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16;
892 }
893
894 /*
895  * Create the UPAGES for a new process.
896  * This routine directly affects the fork perf for a process.
897  */
898 void
899 pmap_init_proc(struct proc *p, struct thread *td)
900 {
901         p->p_addr = (void *)td->td_kstack;
902         p->p_thread = td;
903         td->td_proc = p;
904         td->td_lwp = &p->p_lwp;
905         td->td_switch = cpu_heavy_switch;
906 #ifdef SMP
907         KKASSERT(td->td_mpcount == 1);
908 #endif
909         bzero(p->p_addr, sizeof(*p->p_addr));
910 }
911
912 /*
913  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
914  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
915  */
916 struct thread *
917 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
918 {
919         struct thread *td;
920
921         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
922
923         if ((td = p->p_thread) != NULL) {
924             p->p_thread = NULL;
925             td->td_proc = NULL;
926         }
927         p->p_addr = NULL;
928         return(td);
929 }
930
931 /***************************************************
932  * Page table page management routines.....
933  ***************************************************/
934
935 /*
936  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
937  * drops to zero, then it decrements the wire count.
938  */
939 static int 
940 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info) 
941 {
942         pmap_inval_flush(info);
943         while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
944                 ;
945
946         if (m->hold_count == 0) {
947                 /*
948                  * unmap the page table page
949                  */
950                 pmap_inval_add(info, pmap, -1);
951                 pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
952                 --pmap->pm_stats.resident_count;
953
954                 if (pmap->pm_ptphint == m)
955                         pmap->pm_ptphint = NULL;
956
957                 /*
958                  * If the page is finally unwired, simply free it.
959                  */
960                 --m->wire_count;
961                 if (m->wire_count == 0) {
962                         vm_page_flash(m);
963                         vm_page_busy(m);
964                         vm_page_free_zero(m);
965                         --vmstats.v_wire_count;
966                 }
967                 return 1;
968         }
969         return 0;
970 }
971
972 static PMAP_INLINE int
973 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info)
974 {
975         vm_page_unhold(m);
976         if (m->hold_count == 0)
977                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, m, info);
978         else
979                 return 0;
980 }
981
982 /*
983  * After removing a page table entry, this routine is used to
984  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
985  */
986 static int
987 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
988                 pmap_inval_info_t info)
989 {
990         unsigned ptepindex;
991         if (va >= UPT_MIN_ADDRESS)
992                 return 0;
993
994         if (mpte == NULL) {
995                 ptepindex = (va >> PDRSHIFT);
996                 if (pmap->pm_ptphint &&
997                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
998                         mpte = pmap->pm_ptphint;
999                 } else {
1000                         pmap_inval_flush(info);
1001                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1002                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1003                 }
1004         }
1005
1006         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, info);
1007 }
1008
1009 /*
1010  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1011  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1012  *
1013  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1014  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1015  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1016  */
1017 void
1018 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1019 {
1020         pmap->pm_pdir =
1021                 (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1022         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, (vm_offset_t) IdlePTD);
1023         pmap->pm_count = 1;
1024         pmap->pm_active = 0;
1025         pmap->pm_ptphint = NULL;
1026         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1027         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1028 }
1029
1030 /*
1031  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1032  * such as one in a vmspace structure.
1033  */
1034 void
1035 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1036 {
1037         vm_page_t ptdpg;
1038
1039         /*
1040          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1041          * page directory table.
1042          */
1043         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1044                 pmap->pm_pdir =
1045                     (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1046         }
1047
1048         /*
1049          * allocate object for the ptes
1050          */
1051         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1052                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate( OBJT_DEFAULT, PTDPTDI + 1);
1053
1054         /*
1055          * allocate the page directory page
1056          */
1057         ptdpg = vm_page_grab( pmap->pm_pteobj, PTDPTDI,
1058                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1059
1060         ptdpg->wire_count = 1;
1061         ++vmstats.v_wire_count;
1062
1063
1064         vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY); /* not usually mapped*/
1065         ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1066
1067         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1068         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1069                 bzero(pmap->pm_pdir, PAGE_SIZE);
1070
1071         pmap->pm_pdir[MPPTDI] = PTD[MPPTDI];
1072
1073         /* install self-referential address mapping entry */
1074         *(unsigned *) (pmap->pm_pdir + PTDPTDI) =
1075                 VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1076
1077         pmap->pm_count = 1;
1078         pmap->pm_active = 0;
1079         pmap->pm_ptphint = NULL;
1080         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1081         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1082 }
1083
1084 /*
1085  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1086  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1087  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1088  * then copies the template.
1089  */
1090 void
1091 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1092 {
1093         crit_enter();
1094         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1095         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1096         bcopy(PTD + KPTDI, pmap->pm_pdir + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1097         crit_exit();
1098 }
1099
1100 /*
1101  * Attempt to release and free and vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1102  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1103  */
1104 static int
1105 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1106 {
1107         unsigned *pde = (unsigned *) pmap->pm_pdir;
1108         /*
1109          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1110          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1111          * might as well be placed directly into the zero queue.
1112          */
1113         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1114                 return 0;
1115
1116         vm_page_busy(p);
1117
1118         /*
1119          * Remove the page table page from the processes address space.
1120          */
1121         pde[p->pindex] = 0;
1122         pmap->pm_stats.resident_count--;
1123
1124         if (p->hold_count)  {
1125                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1126         }
1127         /*
1128          * Page directory pages need to have the kernel
1129          * stuff cleared, so they can go into the zero queue also.
1130          */
1131         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1132                 bzero(pde + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1133                 pde[MPPTDI] = 0;
1134                 pde[APTDPTDI] = 0;
1135                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir);
1136         }
1137
1138         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1139                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1140
1141         p->wire_count--;
1142         vmstats.v_wire_count--;
1143         vm_page_free_zero(p);
1144         return 1;
1145 }
1146
1147 /*
1148  * this routine is called if the page table page is not
1149  * mapped correctly.
1150  */
1151 static vm_page_t
1152 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, unsigned ptepindex)
1153 {
1154         vm_offset_t pteva, ptepa;
1155         vm_page_t m;
1156
1157         /*
1158          * Find or fabricate a new pagetable page
1159          */
1160         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1161                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1162
1163         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1164                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1165
1166         if (m->wire_count == 0)
1167                 vmstats.v_wire_count++;
1168         m->wire_count++;
1169
1170         /*
1171          * Increment the hold count for the page table page
1172          * (denoting a new mapping.)
1173          */
1174         m->hold_count++;
1175
1176         /*
1177          * Map the pagetable page into the process address space, if
1178          * it isn't already there.
1179          */
1180
1181         pmap->pm_stats.resident_count++;
1182
1183         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1184         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
1185                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1186
1187         /*
1188          * Set the page table hint
1189          */
1190         pmap->pm_ptphint = m;
1191
1192         /*
1193          * Try to use the new mapping, but if we cannot, then
1194          * do it with the routine that maps the page explicitly.
1195          */
1196         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1197                 if ((((unsigned)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME) ==
1198                         (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
1199                         pteva = UPT_MIN_ADDRESS + i386_ptob(ptepindex);
1200                         bzero((caddr_t) pteva, PAGE_SIZE);
1201                 } else {
1202                         pmap_zero_page(ptepa);
1203                 }
1204         }
1205
1206         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1207         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1208         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1209         vm_page_wakeup(m);
1210
1211         return m;
1212 }
1213
1214 static vm_page_t
1215 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1216 {
1217         unsigned ptepindex;
1218         vm_offset_t ptepa;
1219         vm_page_t m;
1220
1221         /*
1222          * Calculate pagetable page index
1223          */
1224         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
1225
1226         /*
1227          * Get the page directory entry
1228          */
1229         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
1230
1231         /*
1232          * This supports switching from a 4MB page to a
1233          * normal 4K page.
1234          */
1235         if (ptepa & PG_PS) {
1236                 pmap->pm_pdir[ptepindex] = 0;
1237                 ptepa = 0;
1238                 cpu_invltlb();
1239                 smp_invltlb();
1240         }
1241
1242         /*
1243          * If the page table page is mapped, we just increment the
1244          * hold count, and activate it.
1245          */
1246         if (ptepa) {
1247                 /*
1248                  * In order to get the page table page, try the
1249                  * hint first.
1250                  */
1251                 if (pmap->pm_ptphint &&
1252                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1253                         m = pmap->pm_ptphint;
1254                 } else {
1255                         m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1256                         pmap->pm_ptphint = m;
1257                 }
1258                 m->hold_count++;
1259                 return m;
1260         }
1261         /*
1262          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1263          */
1264         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1265 }
1266
1267
1268 /***************************************************
1269  * Pmap allocation/deallocation routines.
1270  ***************************************************/
1271
1272 /*
1273  * Release any resources held by the given physical map.
1274  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1275  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1276  */
1277 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1278
1279 void
1280 pmap_release(struct pmap *pmap)
1281 {
1282         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1283         struct rb_vm_page_scan_info info;
1284
1285 #if defined(DIAGNOSTIC)
1286         if (object->ref_count != 1)
1287                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1288 #endif
1289         
1290         info.pmap = pmap;
1291         info.object = object;
1292         crit_enter();
1293         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1294         crit_exit();
1295
1296         do {
1297                 crit_enter();
1298                 info.error = 0;
1299                 info.mpte = NULL;
1300                 info.limit = object->generation;
1301
1302                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1303                                         pmap_release_callback, &info);
1304                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1305                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1306                                 info.error = 1;
1307                 }
1308                 crit_exit();
1309         } while (info.error);
1310 }
1311
1312 static int
1313 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1314 {
1315         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1316
1317         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1318                 info->mpte = p;
1319                 return(0);
1320         }
1321         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1322                 info->error = 1;
1323                 return(-1);
1324         }
1325         if (info->object->generation != info->limit) {
1326                 info->error = 1;
1327                 return(-1);
1328         }
1329         return(0);
1330 }
1331
1332 /*
1333  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1334  */
1335
1336 void
1337 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1338 {
1339         struct pmap *pmap;
1340         vm_offset_t ptppaddr;
1341         vm_page_t nkpg;
1342         pd_entry_t newpdir;
1343
1344         crit_enter();
1345         if (kernel_vm_end == 0) {
1346                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1347                 nkpt = 0;
1348                 while (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1349                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1350                         nkpt++;
1351                 }
1352         }
1353         addr = (addr + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1354         while (kernel_vm_end < addr) {
1355                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1356                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1357                         continue;
1358                 }
1359
1360                 /*
1361                  * This index is bogus, but out of the way
1362                  */
1363                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt, 
1364                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1365                 if (nkpg == NULL)
1366                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1367
1368                 vm_page_wire(nkpg);
1369                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1370                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1371                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1372                 pdir_pde(PTD, kernel_vm_end) = newpdir;
1373                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1374                 nkpt++;
1375
1376                 /*
1377                  * This update must be interlocked with pmap_pinit2.
1378                  */
1379                 TAILQ_FOREACH(pmap, &pmap_list, pm_pmnode) {
1380                         *pmap_pde(pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1381                 }
1382                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1383                                 ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1384         }
1385         crit_exit();
1386 }
1387
1388 /*
1389  *      Retire the given physical map from service.
1390  *      Should only be called if the map contains
1391  *      no valid mappings.
1392  */
1393 void
1394 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1395 {
1396         int count;
1397
1398         if (pmap == NULL)
1399                 return;
1400
1401         count = --pmap->pm_count;
1402         if (count == 0) {
1403                 pmap_release(pmap);
1404                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1405         }
1406 }
1407
1408 /*
1409  *      Add a reference to the specified pmap.
1410  */
1411 void
1412 pmap_reference(pmap_t pmap)
1413 {
1414         if (pmap != NULL) {
1415                 pmap->pm_count++;
1416         }
1417 }
1418
1419 /***************************************************
1420 * page management routines.
1421  ***************************************************/
1422
1423 /*
1424  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1425  * called from an interrupt.
1426  */
1427 static PMAP_INLINE void
1428 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1429 {
1430         pv_entry_count--;
1431         zfree(pvzone, pv);
1432 }
1433
1434 /*
1435  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1436  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1437  */
1438 static pv_entry_t
1439 get_pv_entry(void)
1440 {
1441         pv_entry_count++;
1442         if (pv_entry_high_water &&
1443                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1444                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1445                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1446                 wakeup (&vm_pages_needed);
1447         }
1448         return zalloc(pvzone);
1449 }
1450
1451 /*
1452  * This routine is very drastic, but can save the system
1453  * in a pinch.
1454  */
1455 void
1456 pmap_collect(void)
1457 {
1458         int i;
1459         vm_page_t m;
1460         static int warningdone=0;
1461
1462         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1463                 return;
1464
1465         if (warningdone < 5) {
1466                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1467                 warningdone++;
1468         }
1469
1470         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1471                 m = &vm_page_array[i];
1472                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1473                     (m->flags & PG_BUSY))
1474                         continue;
1475                 pmap_remove_all(m);
1476         }
1477         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1478 }
1479         
1480
1481 /*
1482  * If it is the first entry on the list, it is actually
1483  * in the header and we must copy the following entry up
1484  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1485  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1486  */
1487 static int
1488 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
1489                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1490 {
1491         pv_entry_t pv;
1492         int rtval;
1493
1494         crit_enter();
1495         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1496                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
1497                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
1498                                 break;
1499                 }
1500         } else {
1501                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
1502                         if (va == pv->pv_va) 
1503                                 break;
1504                 }
1505         }
1506
1507         rtval = 0;
1508         if (pv) {
1509                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1510                 m->md.pv_list_count--;
1511                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
1512                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1513                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1514                 ++pmap->pm_generation;
1515                 rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
1516                 free_pv_entry(pv);
1517         }
1518         crit_exit();
1519         return rtval;
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Create a pv entry for page at pa for
1524  * (pmap, va).
1525  */
1526 static void
1527 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
1528 {
1529         pv_entry_t pv;
1530
1531         crit_enter();
1532         pv = get_pv_entry();
1533         pv->pv_va = va;
1534         pv->pv_pmap = pmap;
1535         pv->pv_ptem = mpte;
1536
1537         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1538         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1539         m->md.pv_list_count++;
1540
1541         crit_exit();
1542 }
1543
1544 /*
1545  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
1546  */
1547 static int
1548 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, unsigned *ptq, vm_offset_t va,
1549         pmap_inval_info_t info)
1550 {
1551         unsigned oldpte;
1552         vm_page_t m;
1553
1554         pmap_inval_add(info, pmap, va);
1555         oldpte = loadandclear(ptq);
1556         if (oldpte & PG_W)
1557                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
1558         /*
1559          * Machines that don't support invlpg, also don't support
1560          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
1561          * the SMP case.
1562          */
1563         if (oldpte & PG_G)
1564                 cpu_invlpg((void *)va);
1565         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
1566         if (oldpte & PG_MANAGED) {
1567                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
1568                 if (oldpte & PG_M) {
1569 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1570                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
1571                                 kprintf(
1572         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1573                                     va, oldpte);
1574                         }
1575 #endif
1576                         if (pmap_track_modified(va))
1577                                 vm_page_dirty(m);
1578                 }
1579                 if (oldpte & PG_A)
1580                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1581                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
1582         } else {
1583                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
1584         }
1585
1586         return 0;
1587 }
1588
1589 /*
1590  * pmap_remove_page:
1591  *
1592  *      Remove a single page from a process address space.
1593  *
1594  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1595  *      not kernel_pmap.
1596  */
1597 static void
1598 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1599 {
1600         unsigned *ptq;
1601
1602         /*
1603          * if there is no pte for this address, just skip it!!!  Otherwise
1604          * get a local va for mappings for this pmap and remove the entry.
1605          */
1606         if (*pmap_pde(pmap, va) != 0) {
1607                 ptq = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
1608                 if (*ptq) {
1609                         pmap_remove_pte(pmap, ptq, va, info);
1610                 }
1611         }
1612 }
1613
1614 /*
1615  * pmap_remove:
1616  *
1617  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
1618  *
1619  *      It is assumed that the start and end are properly
1620  *      rounded to the page size.
1621  *
1622  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1623  *      not kernel_pmap.
1624  */
1625 void
1626 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1627 {
1628         unsigned *ptbase;
1629         vm_offset_t pdnxt;
1630         vm_offset_t ptpaddr;
1631         vm_offset_t sindex, eindex;
1632         struct pmap_inval_info info;
1633
1634         if (pmap == NULL)
1635                 return;
1636
1637         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1638                 return;
1639
1640         pmap_inval_init(&info);
1641
1642         /*
1643          * special handling of removing one page.  a very
1644          * common operation and easy to short circuit some
1645          * code.
1646          */
1647         if (((sva + PAGE_SIZE) == eva) && 
1648                 (((unsigned) pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
1649                 pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
1650                 pmap_inval_flush(&info);
1651                 return;
1652         }
1653
1654         /*
1655          * Get a local virtual address for the mappings that are being
1656          * worked with.
1657          */
1658         sindex = i386_btop(sva);
1659         eindex = i386_btop(eva);
1660
1661         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1662                 unsigned pdirindex;
1663
1664                 /*
1665                  * Calculate index for next page table.
1666                  */
1667                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1668                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1669                         break;
1670
1671                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1672                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1673                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1674                         pmap->pm_pdir[pdirindex] = 0;
1675                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1676                         continue;
1677                 }
1678
1679                 /*
1680                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1681                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1682                  */
1683                 if (ptpaddr == 0)
1684                         continue;
1685
1686                 /*
1687                  * Limit our scan to either the end of the va represented
1688                  * by the current page table page, or to the end of the
1689                  * range being removed.
1690                  */
1691                 if (pdnxt > eindex) {
1692                         pdnxt = eindex;
1693                 }
1694
1695                 /*
1696                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
1697                  */
1698                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1699                         vm_offset_t va;
1700
1701                         ptbase = get_ptbase(pmap);
1702                         if (ptbase[sindex] == 0)
1703                                 continue;
1704                         va = i386_ptob(sindex);
1705                         if (pmap_remove_pte(pmap, ptbase + sindex, va, &info))
1706                                 break;
1707                 }
1708         }
1709         pmap_inval_flush(&info);
1710 }
1711
1712 /*
1713  * pmap_remove_all:
1714  *
1715  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
1716  *      Reflects back modify bits to the pager.
1717  *
1718  *      This routine may not be called from an interrupt.
1719  */
1720
1721 static void
1722 pmap_remove_all(vm_page_t m)
1723 {
1724         struct pmap_inval_info info;
1725         unsigned *pte, tpte;
1726         pv_entry_t pv;
1727
1728 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1729         /*
1730          * XXX this makes pmap_page_protect(NONE) illegal for non-managed
1731          * pages!
1732          */
1733         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1734                 panic("pmap_page_protect: illegal for unmanaged page, va: 0x%08llx", (long long)VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1735         }
1736 #endif
1737
1738         pmap_inval_init(&info);
1739         crit_enter();
1740         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
1741                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
1742
1743                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1744                 pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1745
1746                 tpte = loadandclear(pte);
1747                 if (tpte & PG_W)
1748                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
1749
1750                 if (tpte & PG_A)
1751                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1752
1753                 /*
1754                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
1755                  */
1756                 if (tpte & PG_M) {
1757 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1758                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) tpte)) {
1759                                 kprintf(
1760         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1761                                     pv->pv_va, tpte);
1762                         }
1763 #endif
1764                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
1765                                 vm_page_dirty(m);
1766                 }
1767                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1768                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1769                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
1770                 m->md.pv_list_count--;
1771                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
1772                 free_pv_entry(pv);
1773         }
1774
1775         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1776         crit_exit();
1777         pmap_inval_flush(&info);
1778 }
1779
1780 /*
1781  * pmap_protect:
1782  *
1783  *      Set the physical protection on the specified range of this map
1784  *      as requested.
1785  *
1786  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
1787  *      not the kernel_pmap.
1788  */
1789 void
1790 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
1791 {
1792         unsigned *ptbase;
1793         vm_offset_t pdnxt, ptpaddr;
1794         vm_pindex_t sindex, eindex;
1795         pmap_inval_info info;
1796
1797         if (pmap == NULL)
1798                 return;
1799
1800         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
1801                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
1802                 return;
1803         }
1804
1805         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1806                 return;
1807
1808         pmap_inval_init(&info);
1809
1810         ptbase = get_ptbase(pmap);
1811
1812         sindex = i386_btop(sva);
1813         eindex = i386_btop(eva);
1814
1815         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1816
1817                 unsigned pdirindex;
1818
1819                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1820
1821                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1822                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1823                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1824                         pmap->pm_pdir[pdirindex] &= ~(PG_M|PG_RW);
1825                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1826                         continue;
1827                 }
1828
1829                 /*
1830                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1831                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1832                  */
1833                 if (ptpaddr == 0)
1834                         continue;
1835
1836                 if (pdnxt > eindex) {
1837                         pdnxt = eindex;
1838                 }
1839
1840                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1841
1842                         unsigned pbits;
1843                         vm_page_t m;
1844
1845                         /* XXX this isn't optimal */
1846                         pmap_inval_add(&info, pmap, i386_ptob(sindex));
1847                         pbits = ptbase[sindex];
1848
1849                         if (pbits & PG_MANAGED) {
1850                                 m = NULL;
1851                                 if (pbits & PG_A) {
1852                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1853                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1854                                         pbits &= ~PG_A;
1855                                 }
1856                                 if (pbits & PG_M) {
1857                                         if (pmap_track_modified(i386_ptob(sindex))) {
1858                                                 if (m == NULL)
1859                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1860                                                 vm_page_dirty(m);
1861                                                 pbits &= ~PG_M;
1862                                         }
1863                                 }
1864                         }
1865
1866                         pbits &= ~PG_RW;
1867
1868                         if (pbits != ptbase[sindex]) {
1869                                 ptbase[sindex] = pbits;
1870                         }
1871                 }
1872         }
1873         pmap_inval_flush(&info);
1874 }
1875
1876 /*
1877  *      Insert the given physical page (p) at
1878  *      the specified virtual address (v) in the
1879  *      target physical map with the protection requested.
1880  *
1881  *      If specified, the page will be wired down, meaning
1882  *      that the related pte can not be reclaimed.
1883  *
1884  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
1885  *      or lose information.  That is, this routine must actually
1886  *      insert this page into the given map NOW.
1887  */
1888 void
1889 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
1890            boolean_t wired)
1891 {
1892         vm_paddr_t pa;
1893         unsigned *pte;
1894         vm_paddr_t opa;
1895         vm_offset_t origpte, newpte;
1896         vm_page_t mpte;
1897         pmap_inval_info info;
1898
1899         if (pmap == NULL)
1900                 return;
1901
1902         va &= PG_FRAME;
1903 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
1904         if (va >= KvaEnd)
1905                 panic("pmap_enter: toobig");
1906         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
1907                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", va);
1908 #endif
1909         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
1910                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
1911 #ifdef DDB
1912                 db_print_backtrace();
1913 #endif
1914         }
1915         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
1916                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
1917 #ifdef DDB
1918                 db_print_backtrace();
1919 #endif
1920         }
1921
1922         mpte = NULL;
1923         /*
1924          * In the case that a page table page is not
1925          * resident, we are creating it here.
1926          */
1927         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
1928                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
1929         }
1930
1931         pmap_inval_init(&info);
1932         pte = pmap_pte(pmap, va);
1933
1934         /*
1935          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
1936          */
1937         if (pte == NULL) {
1938                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%x, va=0x%x\n",
1939                      (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
1940         }
1941
1942         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PG_FRAME;
1943         pmap_inval_add(&info, pmap, va); /* XXX non-optimal */
1944         origpte = *(vm_offset_t *)pte;
1945         opa = origpte & PG_FRAME;
1946
1947         if (origpte & PG_PS)
1948                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 4MB page");
1949
1950         /*
1951          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
1952          */
1953         if (origpte && (opa == pa)) {
1954                 /*
1955                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
1956                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
1957                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
1958                  * the PT page will be also.
1959                  */
1960                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
1961                         pmap->pm_stats.wired_count++;
1962                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
1963                         pmap->pm_stats.wired_count--;
1964
1965 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1966                 if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) origpte)) {
1967                         kprintf(
1968         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1969                             va, origpte);
1970                 }
1971 #endif
1972
1973                 /*
1974                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
1975                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
1976                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
1977                  * bits below.
1978                  */
1979                 if (mpte)
1980                         mpte->hold_count--;
1981
1982                 /*
1983                  * We might be turning off write access to the page,
1984                  * so we go ahead and sense modify status.
1985                  */
1986                 if (origpte & PG_MANAGED) {
1987                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
1988                                 vm_page_t om;
1989                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
1990                                 vm_page_dirty(om);
1991                         }
1992                         pa |= PG_MANAGED;
1993                 }
1994                 goto validate;
1995         } 
1996         /*
1997          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
1998          * handle validating new mapping.
1999          */
2000         if (opa) {
2001                 int err;
2002                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2003                 if (err)
2004                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%x", va);
2005         }
2006
2007         /*
2008          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2009          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2010          * called at interrupt time.
2011          */
2012         if (pmap_initialized && 
2013             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2014                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2015                 pa |= PG_MANAGED;
2016         }
2017
2018         /*
2019          * Increment counters
2020          */
2021         pmap->pm_stats.resident_count++;
2022         if (wired)
2023                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2024
2025 validate:
2026         /*
2027          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2028          */
2029         newpte = (vm_offset_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2030
2031         if (wired)
2032                 newpte |= PG_W;
2033         if (va < UPT_MIN_ADDRESS)
2034                 newpte |= PG_U;
2035         if (pmap == &kernel_pmap)
2036                 newpte |= pgeflag;
2037
2038         /*
2039          * if the mapping or permission bits are different, we need
2040          * to update the pte.
2041          */
2042         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2043                 *pte = newpte | PG_A;
2044         }
2045         pmap_inval_flush(&info);
2046 }
2047
2048 /*
2049  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
2050  * 1. Current pmap & pmap exists.
2051  * 2. Not wired.
2052  * 3. Read access.
2053  * 4. No page table pages.
2054  * 5. Tlbflush is deferred to calling procedure.
2055  * 6. Page IS managed.
2056  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
2057  */
2058
2059 static vm_page_t
2060 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t mpte)
2061 {
2062         unsigned *pte;
2063         vm_paddr_t pa;
2064         pmap_inval_info info;
2065
2066         pmap_inval_init(&info);
2067
2068         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2069                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2070 #ifdef DDB
2071                 db_print_backtrace();
2072 #endif
2073         }
2074         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2075                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2076 #ifdef DDB
2077                 db_print_backtrace();
2078 #endif
2079         }
2080
2081         /*
2082          * In the case that a page table page is not
2083          * resident, we are creating it here.
2084          */
2085         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
2086                 unsigned ptepindex;
2087                 vm_offset_t ptepa;
2088
2089                 /*
2090                  * Calculate pagetable page index
2091                  */
2092                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2093                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
2094                         mpte->hold_count++;
2095                 } else {
2096 retry:
2097                         /*
2098                          * Get the page directory entry
2099                          */
2100                         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
2101
2102                         /*
2103                          * If the page table page is mapped, we just increment
2104                          * the hold count, and activate it.
2105                          */
2106                         if (ptepa) {
2107                                 if (ptepa & PG_PS)
2108                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 4MB page");
2109                                 if (pmap->pm_ptphint &&
2110                                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2111                                         mpte = pmap->pm_ptphint;
2112                                 } else {
2113                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2114                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2115                                 }
2116                                 if (mpte == NULL)
2117                                         goto retry;
2118                                 mpte->hold_count++;
2119                         } else {
2120                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2121                         }
2122                 }
2123         } else {
2124                 mpte = NULL;
2125         }
2126
2127         /*
2128          * This call to vtopte makes the assumption that we are
2129          * entering the page into the current pmap.  In order to support
2130          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte_quick.
2131          * But that isn't as quick as vtopte.
2132          */
2133         pte = (unsigned *)vtopte(va);
2134         if (*pte) {
2135                 if (mpte)
2136                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, &info);
2137                 return 0;
2138         }
2139
2140         /*
2141          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2142          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2143          * called at interrupt time.
2144          */
2145         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0)
2146                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2147
2148         /*
2149          * Increment counters
2150          */
2151         pmap->pm_stats.resident_count++;
2152
2153         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2154
2155         /*
2156          * Now validate mapping with RO protection
2157          */
2158         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2159                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2160         else
2161                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2162
2163         return mpte;
2164 }
2165
2166 /*
2167  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2168  * to be used for panic dumps.
2169  */
2170 void *
2171 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2172 {
2173         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2174         return ((void *)crashdumpmap);
2175 }
2176
2177 #define MAX_INIT_PT (96)
2178
2179 /*
2180  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2181  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2182  * immediately after an mmap.
2183  */
2184 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2185
2186 void
2187 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2188                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2189                     vm_size_t size, int limit)
2190 {
2191         struct rb_vm_page_scan_info info;
2192         int psize;
2193
2194         /*
2195          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2196          * or object.
2197          */
2198         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2199                 return;
2200
2201         /*
2202          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2203          */
2204         if (curproc == NULL || pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2205                 return;
2206
2207         psize = i386_btop(size);
2208
2209         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2210                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2211                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2212                 return;
2213         }
2214
2215         if (psize + pindex > object->size) {
2216                 if (object->size < pindex)
2217                         return;           
2218                 psize = object->size - pindex;
2219         }
2220
2221         if (psize == 0)
2222                 return;
2223
2224         /*
2225          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2226          * any valid pages found into the pmap.
2227          *
2228          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2229          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2230          */
2231         info.start_pindex = pindex;
2232         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2233         info.limit = limit;
2234         info.mpte = NULL;
2235         info.addr = addr;
2236         info.pmap = pmap;
2237
2238         crit_enter();
2239         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2240                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2241         crit_exit();
2242 }
2243
2244 static
2245 int
2246 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2247 {
2248         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2249         vm_pindex_t rel_index;
2250         /*
2251          * don't allow an madvise to blow away our really
2252          * free pages allocating pv entries.
2253          */
2254         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2255                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2256                     return(-1);
2257         }
2258         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2259             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2260                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2261                         vm_page_deactivate(p);
2262                 vm_page_busy(p);
2263                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2264                 info->mpte = pmap_enter_quick(info->pmap,
2265                                               info->addr + i386_ptob(rel_index),
2266                                               p, info->mpte);
2267                 vm_page_flag_set(p, PG_MAPPED);
2268                 vm_page_wakeup(p);
2269         }
2270         return(0);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * pmap_prefault provides a quick way of clustering pagefaults into a
2275  * processes address space.  It is a "cousin" of pmap_object_init_pt, 
2276  * except it runs at page fault time instead of mmap time.
2277  */
2278 #define PFBAK 4
2279 #define PFFOR 4
2280 #define PAGEORDER_SIZE (PFBAK+PFFOR)
2281
2282 static int pmap_prefault_pageorder[] = {
2283         -PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
2284         -2 * PAGE_SIZE, 2 * PAGE_SIZE,
2285         -3 * PAGE_SIZE, 3 * PAGE_SIZE,
2286         -4 * PAGE_SIZE, 4 * PAGE_SIZE
2287 };
2288
2289 void
2290 pmap_prefault(pmap_t pmap, vm_offset_t addra, vm_map_entry_t entry)
2291 {
2292         int i;
2293         vm_offset_t starta;
2294         vm_offset_t addr;
2295         vm_pindex_t pindex;
2296         vm_page_t m, mpte;
2297         vm_object_t object;
2298
2299         /*
2300          * We do not currently prefault mappings that use virtual page
2301          * tables.  We do not prefault foreign pmaps.
2302          */
2303         if (entry->maptype == VM_MAPTYPE_VPAGETABLE)
2304                 return;
2305         if (curproc == NULL || (pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace)))
2306                 return;
2307
2308         object = entry->object.vm_object;
2309
2310         starta = addra - PFBAK * PAGE_SIZE;
2311         if (starta < entry->start)
2312                 starta = entry->start;
2313         else if (starta > addra)
2314                 starta = 0;
2315
2316         /*
2317          * critical section protection is required to maintain the 
2318          * page/object association, interrupts can free pages and remove 
2319          * them from their objects.
2320          */
2321         mpte = NULL;
2322         crit_enter();
2323         for (i = 0; i < PAGEORDER_SIZE; i++) {
2324                 vm_object_t lobject;
2325                 unsigned *pte;
2326
2327                 addr = addra + pmap_prefault_pageorder[i];
2328                 if (addr > addra + (PFFOR * PAGE_SIZE))
2329                         addr = 0;
2330
2331                 if (addr < starta || addr >= entry->end)
2332                         continue;
2333
2334                 if ((*pmap_pde(pmap, addr)) == NULL) 
2335                         continue;
2336
2337                 pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2338                 if (*pte)
2339                         continue;
2340
2341                 pindex = ((addr - entry->start) + entry->offset) >> PAGE_SHIFT;
2342                 lobject = object;
2343
2344                 for (m = vm_page_lookup(lobject, pindex);
2345                     (!m && (lobject->type == OBJT_DEFAULT) &&
2346                      (lobject->backing_object));
2347                     lobject = lobject->backing_object
2348                 ) {
2349                         if (lobject->backing_object_offset & PAGE_MASK)
2350                                 break;
2351                         pindex += (lobject->backing_object_offset >> PAGE_SHIFT);
2352                         m = vm_page_lookup(lobject->backing_object, pindex);
2353                 }
2354
2355                 /*
2356                  * give-up when a page is not in memory
2357                  */
2358                 if (m == NULL)
2359                         break;
2360
2361                 if (((m->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2362                         (m->busy == 0) &&
2363                     (m->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2364
2365                         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2366                                 vm_page_deactivate(m);
2367                         }
2368                         vm_page_busy(m);
2369                         mpte = pmap_enter_quick(pmap, addr, m, mpte);
2370                         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2371                         vm_page_wakeup(m);
2372                 }
2373         }
2374         crit_exit();
2375 }
2376
2377 /*
2378  *      Routine:        pmap_change_wiring
2379  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2380  *                      pair.
2381  *      In/out conditions:
2382  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2383  */
2384 void
2385 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2386 {
2387         unsigned *pte;
2388
2389         if (pmap == NULL)
2390                 return;
2391
2392         pte = pmap_pte(pmap, va);
2393
2394         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2395                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2396         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2397                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2398
2399         /*
2400          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2401          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2402          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2403          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2404          * wiring changes.
2405          */
2406 #ifdef SMP
2407         if (wired)
2408                 atomic_set_int(pte, PG_W);
2409         else
2410                 atomic_clear_int(pte, PG_W);
2411 #else
2412         if (wired)
2413                 atomic_set_int_nonlocked(pte, PG_W);
2414         else
2415                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_W);
2416 #endif
2417 }
2418
2419
2420
2421 /*
2422  *      Copy the range specified by src_addr/len
2423  *      from the source map to the range dst_addr/len
2424  *      in the destination map.
2425  *
2426  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2427  */
2428 void
2429 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2430         vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2431 {
2432         pmap_inval_info info;
2433         vm_offset_t addr;
2434         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2435         vm_offset_t pdnxt;
2436         unsigned src_frame, dst_frame;
2437         vm_page_t m;
2438
2439         if (dst_addr != src_addr)
2440                 return;
2441
2442         src_frame = ((unsigned) src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2443         if (src_frame != (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
2444                 return;
2445         }
2446
2447         dst_frame = ((unsigned) dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2448         if (dst_frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
2449                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2450                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2451                 cpu_invltlb();
2452         }
2453         pmap_inval_init(&info);
2454         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2455         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2456
2457         /*
2458          * critical section protection is required to maintain the page/object
2459          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2460          * their objects.
2461          */
2462         crit_enter();
2463         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2464                 unsigned *src_pte, *dst_pte;
2465                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2466                 vm_offset_t srcptepaddr;
2467                 unsigned ptepindex;
2468
2469                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2470                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2471
2472                 /*
2473                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2474                  * way below the low water mark of free pages or way
2475                  * above high water mark of used pv entries.
2476                  */
2477                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2478                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2479                         break;
2480                 
2481                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2482                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2483
2484                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
2485                 if (srcptepaddr == 0)
2486                         continue;
2487                         
2488                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
2489                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
2490                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
2491                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
2492                         }
2493                         continue;
2494                 }
2495
2496                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2497                 if ((srcmpte == NULL) ||
2498                         (srcmpte->hold_count == 0) || (srcmpte->flags & PG_BUSY))
2499                         continue;
2500
2501                 if (pdnxt > end_addr)
2502                         pdnxt = end_addr;
2503
2504                 src_pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2505                 dst_pte = (unsigned *) avtopte(addr);
2506                 while (addr < pdnxt) {
2507                         unsigned ptetemp;
2508
2509                         ptetemp = *src_pte;
2510                         /*
2511                          * we only virtual copy managed pages
2512                          */
2513                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
2514                                 /*
2515                                  * We have to check after allocpte for the
2516                                  * pte still being around...  allocpte can
2517                                  * block.
2518                                  */
2519                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
2520                                 if ((*dst_pte == 0) && (ptetemp = *src_pte)) {
2521                                         /*
2522                                          * Clear the modified and
2523                                          * accessed (referenced) bits
2524                                          * during the copy.
2525                                          */
2526                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
2527                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
2528                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
2529                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
2530                                                 dstmpte, m);
2531                                 } else {
2532                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
2533                                 }
2534                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
2535                                         break;
2536                         }
2537                         addr += PAGE_SIZE;
2538                         src_pte++;
2539                         dst_pte++;
2540                 }
2541         }
2542         crit_exit();
2543         pmap_inval_flush(&info);
2544 }       
2545
2546 /*
2547  * pmap_zero_page:
2548  *
2549  *      Zero the specified PA by mapping the page into KVM and clearing its
2550  *      contents.
2551  *
2552  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
2553  *      required.
2554  */
2555 void
2556 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
2557 {
2558         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2559
2560         crit_enter();
2561         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2562                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2563         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2564                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2565         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2566
2567 #if defined(I686_CPU)
2568         if (cpu_class == CPUCLASS_686)
2569                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2570         else
2571 #endif
2572                 bzero(gd->gd_CADDR3, PAGE_SIZE);
2573         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2574         crit_exit();
2575 }
2576
2577 /*
2578  * pmap_page_assertzero:
2579  *
2580  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
2581  */
2582 void
2583 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
2584 {
2585         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2586         int i;
2587
2588         crit_enter();
2589         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2590                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2591         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2592                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2593         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2594         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += 4) {
2595             if (*(int *)((char *)gd->gd_CADDR3 + i) != 0) {
2596                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
2597                     (void *)gd->gd_CADDR3);
2598             }
2599         }
2600         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2601         crit_exit();
2602 }
2603
2604 /*
2605  * pmap_zero_page:
2606  *
2607  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
2608  *      its contents with bzero.
2609  *
2610  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
2611  */
2612 void
2613 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
2614 {
2615         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2616
2617         crit_enter();
2618         if (*(int *) gd->gd_CMAP3)
2619                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2620         *(int *) gd->gd_CMAP3 = PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2621         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2622
2623 #if defined(I686_CPU)
2624         if (cpu_class == CPUCLASS_686 && off == 0 && size == PAGE_SIZE)
2625                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2626         else
2627 #endif
2628                 bzero((char *)gd->gd_CADDR3 + off, size);
2629         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2630         crit_exit();
2631 }
2632
2633 /*
2634  * pmap_copy_page:
2635  *
2636  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2637  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2638  *      is required.
2639  */
2640 void
2641 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
2642 {
2643         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2644
2645         crit_enter();
2646         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2647                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2648         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2649                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2650
2651         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2652         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2653
2654         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2655         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2656
2657         bcopy(gd->gd_CADDR1, gd->gd_CADDR2, PAGE_SIZE);
2658
2659         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2660         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2661         crit_exit();
2662 }
2663
2664 /*
2665  * pmap_copy_page_frag:
2666  *
2667  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2668  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2669  *      is required.
2670  */
2671 void
2672 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
2673 {
2674         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2675
2676         crit_enter();
2677         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2678                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2679         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2680                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2681
2682         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2683         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2684
2685         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2686         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2687
2688         bcopy((char *)gd->gd_CADDR1 + (src & PAGE_MASK),
2689               (char *)gd->gd_CADDR2 + (dst & PAGE_MASK),
2690               bytes);
2691
2692         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2693         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2694         crit_exit();
2695 }
2696
2697 /*
2698  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
2699  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
2700  * be changed upwards or downwards in the future; it
2701  * is only necessary that true be returned for a small
2702  * subset of pmaps for proper page aging.
2703  */
2704 boolean_t
2705 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
2706 {
2707         pv_entry_t pv;
2708         int loops = 0;
2709
2710         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2711                 return FALSE;
2712
2713         crit_enter();
2714
2715         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2716                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
2717                         crit_exit();
2718                         return TRUE;
2719                 }
2720                 loops++;
2721                 if (loops >= 16)
2722                         break;
2723         }
2724         crit_exit();
2725         return (FALSE);
2726 }
2727
2728 /*
2729  * Remove all pages from specified address space
2730  * this aids process exit speeds.  Also, this code
2731  * is special cased for current process only, but
2732  * can have the more generic (and slightly slower)
2733  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
2734  * in the case of running down an entire address space.
2735  */
2736 void
2737 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2738 {
2739         unsigned *pte, tpte;
2740         pv_entry_t pv, npv;
2741         vm_page_t m;
2742         pmap_inval_info info;
2743         int iscurrentpmap;
2744         int32_t save_generation;
2745
2746         if (curproc && pmap == vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2747                 iscurrentpmap = 1;
2748         else
2749                 iscurrentpmap = 0;
2750
2751         pmap_inval_init(&info);
2752         crit_enter();
2753         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
2754                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
2755                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2756                         continue;
2757                 }
2758
2759                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
2760
2761                 if (iscurrentpmap)
2762                         pte = (unsigned *)vtopte(pv->pv_va);
2763                 else
2764                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
2765                 if (pmap->pm_active)
2766                         pmap_inval_add(&info, pmap, pv->pv_va);
2767                 tpte = *pte;
2768
2769                 /*
2770                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
2771                  * at this time
2772                  */
2773                 if (tpte & PG_W) {
2774                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2775                         continue;
2776                 }
2777                 *pte = 0;
2778
2779                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte);
2780
2781                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2782                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %x", tpte));
2783
2784                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2785
2786                 /*
2787                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2788                  */
2789                 if (tpte & PG_M) {
2790                         vm_page_dirty(m);
2791                 }
2792
2793                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2794                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2795                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
2796
2797                 m->md.pv_list_count--;
2798                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2799                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
2800                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2801                 }
2802
2803                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2804                 free_pv_entry(pv);
2805
2806                 /*
2807                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
2808                  * calls and other removals were made.
2809                  */
2810                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
2811                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
2812                         pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
2813                 }
2814         }
2815         pmap_inval_flush(&info);
2816         crit_exit();
2817 }
2818
2819 /*
2820  * pmap_testbit tests bits in pte's
2821  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
2822  * and a lot of things compile-time evaluate.
2823  */
2824 static boolean_t
2825 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
2826 {
2827         pv_entry_t pv;
2828         unsigned *pte;
2829
2830         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2831                 return FALSE;
2832
2833         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
2834                 return FALSE;
2835
2836         crit_enter();
2837
2838         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2839                 /*
2840                  * if the bit being tested is the modified bit, then
2841                  * mark clean_map and ptes as never
2842                  * modified.
2843                  */
2844                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
2845                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2846                                 continue;
2847                 }
2848
2849 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2850                 if (!pv->pv_pmap) {
2851                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2852                         continue;
2853                 }
2854 #endif
2855                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2856                 if (*pte & bit) {
2857                         crit_exit();
2858                         return TRUE;
2859                 }
2860         }
2861         crit_exit();
2862         return (FALSE);
2863 }
2864
2865 /*
2866  * this routine is used to modify bits in ptes
2867  */
2868 static __inline void
2869 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
2870 {
2871         struct pmap_inval_info info;
2872         pv_entry_t pv;
2873         unsigned *pte;
2874         unsigned pbits;
2875
2876         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2877                 return;
2878
2879         pmap_inval_init(&info);
2880         crit_enter();
2881
2882         /*
2883          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
2884          * setting RO do we need to clear the VAC?
2885          */
2886         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2887                 /*
2888                  * don't write protect pager mappings
2889                  */
2890                 if (bit == PG_RW) {
2891                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2892                                 continue;
2893                 }
2894
2895 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2896                 if (!pv->pv_pmap) {
2897                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2898                         continue;
2899                 }
2900 #endif
2901
2902                 /*
2903                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
2904                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
2905                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
2906                  *
2907                  * We do not have to force synchronization when clearing
2908                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
2909                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
2910                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
2911                  */
2912                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2913                 if (bit & PG_RW)
2914                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2915
2916                 pbits = *pte;
2917                 if (pbits & bit) {
2918                         if (bit == PG_RW) {
2919                                 if (pbits & PG_M)
2920                                         vm_page_dirty(m);
2921                                 atomic_clear_int(pte, PG_M|PG_RW);
2922                         } else if (bit == PG_M) {
2923                                 /*
2924                                  * We could also clear PG_RW here to force
2925                                  * a fault on write to redetect PG_M for
2926                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
2927                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
2928                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
2929                                  * virtual page tables.
2930                                  */
2931                                 atomic_clear_int(pte, PG_M);
2932                         } else {
2933                                 atomic_clear_int(pte, bit);
2934                         }
2935                 }
2936         }
2937         pmap_inval_flush(&info);
2938         crit_exit();
2939 }
2940
2941 /*
2942  *      pmap_page_protect:
2943  *
2944  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
2945  */
2946 void
2947 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
2948 {
2949         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2950                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
2951                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
2952                 } else {
2953                         pmap_remove_all(m);
2954                 }
2955         }
2956 }
2957
2958 vm_paddr_t
2959 pmap_phys_address(int ppn)
2960 {
2961         return (i386_ptob(ppn));
2962 }
2963
2964 /*
2965  *      pmap_ts_referenced:
2966  *
2967  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
2968  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
2969  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
2970  *      reference bits set.
2971  *
2972  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
2973  *      should be tested and standardized at some point in the future for
2974  *      optimal aging of shared pages.
2975  */
2976 int
2977 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
2978 {
2979         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
2980         unsigned *pte;
2981         int rtval = 0;
2982
2983         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2984                 return (rtval);
2985
2986         crit_enter();
2987
2988         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2989
2990                 pvf = pv;
2991
2992                 do {
2993                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
2994
2995                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2996
2997                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2998
2999                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3000                                 continue;
3001
3002                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3003
3004                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3005 #ifdef SMP
3006                                 atomic_clear_int(pte, PG_A);
3007 #else
3008                                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_A);
3009 #endif
3010                                 rtval++;
3011                                 if (rtval > 4) {
3012                                         break;
3013                                 }
3014                         }
3015                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3016         }
3017         crit_exit();
3018
3019         return (rtval);
3020 }
3021
3022 /*
3023  *      pmap_is_modified:
3024  *
3025  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3026  *      in any physical maps.
3027  */
3028 boolean_t
3029 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3030 {
3031         return pmap_testbit(m, PG_M);
3032 }
3033
3034 /*
3035  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3036  */
3037 void
3038 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3039 {
3040         pmap_clearbit(m, PG_M);
3041 }
3042
3043 /*
3044  *      pmap_clear_reference:
3045  *
3046  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3047  */
3048 void
3049 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3050 {
3051         pmap_clearbit(m, PG_A);
3052 }
3053
3054 /*
3055  * Miscellaneous support routines follow
3056  */
3057
3058 static void
3059 i386_protection_init(void)
3060 {
3061         int *kp, prot;
3062
3063         kp = protection_codes;
3064         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3065                 switch (prot) {
3066                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3067                         /*
3068                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3069                          * so just make it readable.
3070                          */
3071                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3072                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3073                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3074                         *kp++ = 0;
3075                         break;
3076                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3077                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3078                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3079                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3080                         *kp++ = PG_RW;
3081                         break;
3082                 }
3083         }
3084 }
3085
3086 /*
3087  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3088  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3089  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3090  * NOT real memory.
3091  *
3092  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3093  * a time.
3094  */
3095 void *
3096 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3097 {
3098         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3099         unsigned *pte;
3100
3101         offset = pa & PAGE_MASK;
3102         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3103
3104         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size);
3105         if (!va)
3106                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3107
3108         pa = pa & PG_FRAME;
3109         for (tmpva = va; size > 0;) {
3110                 pte = (unsigned *)vtopte(tmpva);
3111                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3112                 size -= PAGE_SIZE;
3113                 tmpva += PAGE_SIZE;
3114                 pa += PAGE_SIZE;
3115         }
3116         cpu_invltlb();
3117         smp_invltlb();
3118
3119         return ((void *)(va + offset));
3120 }
3121
3122 void
3123 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3124 {
3125         vm_offset_t base, offset;
3126
3127         base = va & PG_FRAME;
3128         offset = va & PAGE_MASK;
3129         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3130         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3131         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3132 }
3133
3134 /*
3135  * perform the pmap work for mincore
3136  */
3137 int
3138 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3139 {
3140         unsigned *ptep, pte;
3141         vm_page_t m;
3142         int val = 0;
3143         
3144         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3145         if (ptep == 0) {
3146                 return 0;
3147         }
3148
3149         if ((pte = *ptep) != 0) {
3150                 vm_offset_t pa;
3151
3152                 val = MINCORE_INCORE;
3153                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3154                         return val;
3155
3156                 pa = pte & PG_FRAME;
3157
3158                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3159
3160                 /*
3161                  * Modified by us
3162                  */
3163                 if (pte & PG_M)
3164                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3165                 /*
3166                  * Modified by someone
3167                  */
3168                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3169                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3170                 /*
3171                  * Referenced by us
3172                  */
3173                 if (pte & PG_A)
3174                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3175
3176                 /*
3177                  * Referenced by someone
3178                  */
3179                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3180                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3181                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3182                 }
3183         } 
3184         return val;
3185 }
3186
3187 void
3188 pmap_activate(struct proc *p)
3189 {
3190         pmap_t  pmap;
3191
3192         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3193 #if defined(SMP)
3194         atomic_set_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3195 #else
3196         pmap->pm_active |= 1;
3197 #endif
3198 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3199         tlb_flush_count++;
3200 #endif
3201         p->p_thread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
3202         load_cr3(p->p_thread->td_pcb->pcb_cr3);
3203 }
3204
3205 void
3206 pmap_deactivate(struct proc *p)
3207 {
3208         pmap_t  pmap;
3209
3210         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3211 #if defined(SMP)
3212         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3213 #else
3214         pmap->pm_active &= ~1;
3215 #endif
3216         /*
3217          * XXX - note we do not adjust %cr3.  The caller is expected to
3218          * activate a new pmap or do a thread-exit.
3219          */
3220 }
3221
3222 vm_offset_t
3223 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3224 {
3225
3226         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3227                 return addr;
3228         }
3229
3230         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3231         return addr;
3232 }
3233
3234
3235 #if defined(DEBUG)
3236
3237 static void     pads (pmap_t pm);
3238 void            pmap_pvdump (vm_paddr_t pa);
3239
3240 /* print address space of pmap*/
3241 static void
3242 pads(pmap_t pm)
3243 {
3244         unsigned va, i, j;
3245         unsigned *ptep;
3246
3247         if (pm == &kernel_pmap)
3248                 return;
3249         for (i = 0; i < 1024; i++)
3250                 if (pm->pm_pdir[i])
3251                         for (j = 0; j < 1024; j++) {
3252                                 va = (i << PDRSHIFT) + (j << PAGE_SHIFT);
3253                                 if (pm == &kernel_pmap && va < KERNBASE)
3254                                         continue;
3255                                 if (pm != &kernel_pmap && va > UPT_MAX_ADDRESS)
3256                                         continue;
3257                                 ptep = pmap_pte_quick(pm, va);
3258                                 if (pmap_pte_v(ptep))
3259                                         kprintf("%x:%x ", va, *(int *) ptep);
3260                         };
3261
3262 }
3263
3264 void
3265 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
3266 {
3267         pv_entry_t pv;
3268         vm_page_t m;
3269
3270         kprintf("pa %08llx", (long long)pa);
3271         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3272         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3273 #ifdef used_to_be
3274                 kprintf(" -> pmap %p, va %x, flags %x",
3275                     (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_flags);
3276 #endif
3277                 kprintf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3278                 pads(pv->pv_pmap);
3279         }
3280         kprintf(" ");
3281 }
3282 #endif