Merge branch 'vendor/XZ' into HEAD
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
8  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
10  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
47  */
48
49 /*
50  *      Manages physical address maps.
51  *
52  *      In addition to hardware address maps, this
53  *      module is called upon to provide software-use-only
54  *      maps which may or may not be stored in the same
55  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
56  *      used to store intermediate results from copy
57  *      operations to and from address spaces.
58  *
59  *      Since the information managed by this module is
60  *      also stored by the logical address mapping module,
61  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
62  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
63  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
64  *      requested.
65  *
66  *      In order to cope with hardware architectures which
67  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
68  *      this module may delay invalidate or reduced protection
69  *      operations until such time as they are actually
70  *      necessary.  This module is given full information as
71  *      to which processors are currently using which maps,
72  *      and to when physical maps must be made correct.
73  */
74
75 #if JG
76 #include "opt_disable_pse.h"
77 #include "opt_pmap.h"
78 #endif
79 #include "opt_msgbuf.h"
80
81 #include <sys/param.h>
82 #include <sys/systm.h>
83 #include <sys/kernel.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/msgbuf.h>
86 #include <sys/vmmeter.h>
87 #include <sys/mman.h>
88
89 #include <vm/vm.h>
90 #include <vm/vm_param.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/lock.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_page.h>
95 #include <vm/vm_map.h>
96 #include <vm/vm_object.h>
97 #include <vm/vm_extern.h>
98 #include <vm/vm_pageout.h>
99 #include <vm/vm_pager.h>
100 #include <vm/vm_zone.h>
101
102 #include <sys/user.h>
103 #include <sys/thread2.h>
104 #include <sys/sysref2.h>
105
106 #include <machine/cputypes.h>
107 #include <machine/md_var.h>
108 #include <machine/specialreg.h>
109 #include <machine/smp.h>
110 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
111 #include <machine/globaldata.h>
112 #include <machine/pmap.h>
113 #include <machine/pmap_inval.h>
114
115 #include <ddb/ddb.h>
116
117 #define PMAP_KEEP_PDIRS
118 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
119 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
120 #endif
121
122 #if defined(DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_DIAGNOSTIC
124 #endif
125
126 #define MINPV 2048
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
155 vm_offset_t virtual2_end;
156 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
157 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
158 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
159 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
160 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
161 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
162 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
163 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
164
165 static vm_object_t kptobj;
166
167 static int ndmpdp;
168 static vm_paddr_t dmaplimit;
169 static int nkpt;
170 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
171
172 static uint64_t KPTbase;
173 static uint64_t KPTphys;
174 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
175 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
176 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
177 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
178
179 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
180 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
181
182 /*
183  * Data for the pv entry allocation mechanism
184  */
185 static vm_zone_t pvzone;
186 static struct vm_zone pvzone_store;
187 static struct vm_object pvzone_obj;
188 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
189 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
190 static struct pv_entry *pvinit;
191
192 /*
193  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
194  */
195 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
196 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
197 static pt_entry_t *msgbufmap;
198 struct msgbuf *msgbufp=0;
199
200 /*
201  * Crashdump maps.
202  */
203 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
204 static caddr_t crashdumpmap;
205
206 #define DISABLE_PSE
207
208 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
209 static void i386_protection_init (void);
210 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
211 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
212 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
213                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
214 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
215                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
216 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
217                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
218 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
219 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
220                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
221
222 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
223
224 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
225 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
226 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
227 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
228 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
229                                 pmap_inval_info_t info);
230 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
231 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
232
233 static unsigned pdir4mb;
234
235 /*
236  * Move the kernel virtual free pointer to the next
237  * 2MB.  This is used to help improve performance
238  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
239  * (.text, .data, .bss)
240  */
241 static
242 vm_offset_t
243 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
244 {
245         vm_offset_t newaddr = addr;
246
247         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
248         return newaddr;
249 }
250
251 /*
252  * pmap_pte_quick:
253  *
254  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
255  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
256  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
257  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
258  *
259  *      Should only be called while in a critical section.
260  */
261 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
262
263 static
264 pt_entry_t *
265 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
266 {
267         return pmap_pte(pmap, va);
268 }
269
270 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
271 static __inline
272 vm_pindex_t
273 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
274 {
275         return va >> PDRSHIFT;
276 }
277
278 /* Return various clipped indexes for a given VA */
279 static __inline
280 vm_pindex_t
281 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
282 {
283
284         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
285 }
286
287 static __inline
288 vm_pindex_t
289 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
290 {
291
292         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
293 }
294
295 static __inline
296 vm_pindex_t
297 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
298 {
299
300         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
301 }
302
303 static __inline
304 vm_pindex_t
305 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
306 {
307
308         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
309 }
310
311 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
312 static __inline
313 pml4_entry_t *
314 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
315 {
316
317         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
318 }
319
320 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
321 static __inline
322 pdp_entry_t *
323 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
324 {
325         pdp_entry_t *pdpe;
326
327         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
328         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
329 }
330
331 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
332 static __inline
333 pdp_entry_t *
334 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
335 {
336         pml4_entry_t *pml4e;
337
338         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
339         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
340                 return NULL;
341         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
342 }
343
344 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
345 static __inline
346 pd_entry_t *
347 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
348 {
349         pd_entry_t *pde;
350
351         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
352         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
353 }
354
355 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
356 static __inline
357 pd_entry_t *
358 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
359 {
360         pdp_entry_t *pdpe;
361
362         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
363         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
364                  return NULL;
365         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
366 }
367
368 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
369 static __inline
370 pt_entry_t *
371 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
372 {
373         pt_entry_t *pte;
374
375         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
376         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
377 }
378
379 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
380 static __inline
381 pt_entry_t *
382 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
383 {
384         pd_entry_t *pde;
385
386         pde = pmap_pde(pmap, va);
387         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
388                 return NULL;
389         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
390                 return ((pt_entry_t *)pde);
391         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
392 }
393
394 static __inline
395 pt_entry_t *
396 vtopte(vm_offset_t va)
397 {
398         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
399
400         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
401 }
402
403 static __inline
404 pd_entry_t *
405 vtopde(vm_offset_t va)
406 {
407         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
408
409         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
410 }
411
412 static uint64_t
413 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
414 {
415         uint64_t ret;
416
417         ret = *firstaddr;
418         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
419         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
420         return (ret);
421 }
422
423 static
424 void
425 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
426 {
427         long i;         /* must be 64 bits */
428         long nkpt_base;
429         long nkpt_phys;
430
431         /*
432          * We are running (mostly) V=P at this point
433          *
434          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
435          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
436          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
437          *
438          * Maxmem is in pages.
439          */
440         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
441         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
442                 ndmpdp = 4;
443
444         /*
445          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
446          */
447         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
448         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
449         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E + ndmpdp) +
450                      511) / 512;
451         nkpt_phys += 128;
452
453         /*
454          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
455          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
456          */
457         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
458
459         /*
460          * Allocate pages
461          */
462         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
463         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
464         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
465         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
466         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
467
468         /*
469          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
470          * that is where we start populating the page table pages.
471          * Basically this is the end - 2.
472          */
473         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
474
475         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
476         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
477                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
478         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
479
480         /*
481          * Fill in the underlying page table pages for the area around
482          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
483          *
484          * Read-only from zero to physfree
485          * XXX not fully used, underneath 2M pages
486          */
487         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
488                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
489                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
490         }
491
492         /*
493          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
494          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
495          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
496          * data, bss, and initial pre-allocations.
497          */
498         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
499                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
500                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
501         }
502         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
503                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
504                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
505         }
506
507         /*
508          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
509          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
510          * above in the KERNBASE area.
511          */
512         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
513                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
514                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
515         }
516
517         /*
518          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
519          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
520          */
521         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
522                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
523                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
524                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
525                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
526         }
527
528         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
529         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
530         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
531                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
532                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
533                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
534                             PG_G | PG_M | PG_A;
535                 }
536                 /* And the direct map space's PDP */
537                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
538                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
539                             (i << PAGE_SHIFT);
540                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
541                 }
542         } else {
543                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
544                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
545                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
546                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
547                             PG_G | PG_M | PG_A;
548                 }
549         }
550
551         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
552         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
553         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
554
555         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
556         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
557         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
558
559         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
560         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
561         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
562 }
563
564 /*
565  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
566  *
567  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
568  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
569  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
570  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
571  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
572  *      (physical) address starting relative to 0]
573  */
574 void
575 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
576 {
577         vm_offset_t va;
578         pt_entry_t *pte;
579         struct mdglobaldata *gd;
580         int pg;
581
582         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
583         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
584         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
585
586         avail_start = *firstaddr;
587
588         /*
589          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
590          */
591         create_pagetables(firstaddr);
592
593         virtual2_start = KvaStart;
594         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
595
596         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
597         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
598
599         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
600
601         /* XXX do %cr0 as well */
602         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
603         load_cr3(KPML4phys);
604
605         /*
606          * Initialize protection array.
607          */
608         i386_protection_init();
609
610         /*
611          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
612          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
613          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
614          */
615         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
616         kernel_pmap.pm_count = 1;
617         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
618         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
619
620         /*
621          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
622          * mapping of pages.
623          */
624 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
625         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
626
627         va = virtual_start;
628         pte = vtopte(va);
629
630         /*
631          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
632          */
633         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
634
635         /*
636          * Crashdump maps.
637          */
638         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
639
640         /*
641          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
642          * /dev/mem.
643          */
644         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
645
646         /*
647          * msgbufp is used to map the system message buffer.
648          * XXX msgbufmap is not used.
649          */
650         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
651                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
652
653         virtual_start = va;
654
655         *CMAP1 = 0;
656
657         /*
658          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
659          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
660          * works under UP because self-referential page table mappings
661          */
662 #ifdef SMP
663         pgeflag = 0;
664 #else
665         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
666                 pgeflag = PG_G;
667 #endif
668         
669 /*
670  * Initialize the 4MB page size flag
671  */
672         pseflag = 0;
673 /*
674  * The 4MB page version of the initial
675  * kernel page mapping.
676  */
677         pdir4mb = 0;
678
679 #if !defined(DISABLE_PSE)
680         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
681                 pt_entry_t ptditmp;
682                 /*
683                  * Note that we have enabled PSE mode
684                  */
685                 pseflag = PG_PS;
686                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
687                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
688                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
689                 pdir4mb = ptditmp;
690
691 #ifndef SMP
692                 /*
693                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
694                  * now because the APs will not be able to use it when
695                  * they boot up.
696                  */
697                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
698
699                 /*
700                  * We can do the mapping here for the single processor
701                  * case.  We simply ignore the old page table page from
702                  * now on.
703                  */
704                 /*
705                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
706                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
707                  */
708                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
709                 cpu_invltlb();
710 #endif
711         }
712 #endif
713
714         /*
715          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
716          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
717          * portion.
718          */
719         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
720         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
721
722         cpu_invltlb();
723 }
724
725 #ifdef SMP
726 /*
727  * Set 4mb pdir for mp startup
728  */
729 void
730 pmap_set_opt(void)
731 {
732         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
733                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
734                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
735                         cpu_invltlb();
736                 }
737         }
738 }
739 #endif
740
741 /*
742  * XXX: Hack. Required by pmap_init()
743  */
744 extern vm_offset_t cpu_apic_addr;
745
746 /*
747  *      Initialize the pmap module.
748  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
749  *      system needs to map virtual memory.
750  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
751  *      way, discontiguous physical memory.
752  */
753 void
754 pmap_init(void)
755 {
756         int i;
757         int initial_pvs;
758
759         /*
760          * object for kernel page table pages
761          */
762         /* JG I think the number can be arbitrary */
763         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
764
765         /*
766          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
767          * pv_head_table.
768          */
769
770         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
771                 vm_page_t m;
772
773                 m = &vm_page_array[i];
774                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
775                 m->md.pv_list_count = 0;
776         }
777
778         /*
779          * init the pv free list
780          */
781         initial_pvs = vm_page_array_size;
782         if (initial_pvs < MINPV)
783                 initial_pvs = MINPV;
784         pvzone = &pvzone_store;
785         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
786                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
787         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
788                   pvinit, initial_pvs);
789
790         /*
791          * Now it is safe to enable pv_table recording.
792          */
793         pmap_initialized = TRUE;
794 #ifdef SMP
795         /*
796          * XXX: Hack 
797          */
798         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_addr, sizeof(struct LAPIC));
799 #endif
800 }
801
802 /*
803  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
804  * high water mark so that the system can recover from excessive
805  * numbers of pv entries.
806  */
807 void
808 pmap_init2(void)
809 {
810         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
811         int entry_max;
812
813         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
814         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
815         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
816         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
817
818         /*
819          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
820          */
821         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
822         if (entry_max <= 0)
823                 entry_max = 1;
824
825         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
826 }
827
828
829 /***************************************************
830  * Low level helper routines.....
831  ***************************************************/
832
833 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
834
835 /*
836  * This code checks for non-writeable/modified pages.
837  * This should be an invalid condition.
838  */
839 static
840 int
841 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
842 {
843         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
844                 return 1;
845         else
846                 return 0;
847 }
848 #endif
849
850
851 /*
852  * this routine defines the region(s) of memory that should
853  * not be tested for the modified bit.
854  */
855 static __inline
856 int
857 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
858 {
859         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
860                 return 1;
861         else
862                 return 0;
863 }
864
865 /*
866  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
867  *
868  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
869  */
870 vm_paddr_t 
871 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
872 {
873         vm_paddr_t rtval;
874         pt_entry_t *pte;
875         pd_entry_t pde, *pdep;
876
877         lwkt_gettoken(&vm_token);
878         rtval = 0;
879         pdep = pmap_pde(pmap, va);
880         if (pdep != NULL) {
881                 pde = *pdep;
882                 if (pde) {
883                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
884                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
885                         } else {
886                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
887                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
888                         }
889                 }
890         }
891         lwkt_reltoken(&vm_token);
892         return rtval;
893 }
894
895 /*
896  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
897  */
898 vm_paddr_t
899 pmap_kextract(vm_offset_t va)
900 {
901         pd_entry_t pde;
902         vm_paddr_t pa;
903
904         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
905                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
906         } else {
907                 pde = *vtopde(va);
908                 if (pde & PG_PS) {
909                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
910                 } else {
911                         /*
912                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
913                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
914                          * be used to access the PTE because it would use the
915                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
916                          * because the page table page is preserved by the
917                          * promotion.
918                          */
919                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
920                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
921                 }
922         }
923         return pa;
924 }
925
926 /***************************************************
927  * Low level mapping routines.....
928  ***************************************************/
929
930 /*
931  * Routine: pmap_kenter
932  * Function:
933  *      Add a wired page to the KVA
934  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
935  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
936  */
937 void 
938 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
939 {
940         pt_entry_t *pte;
941         pt_entry_t npte;
942         pmap_inval_info info;
943
944         pmap_inval_init(&info);
945         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
946         pte = vtopte(va);
947         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
948         *pte = npte;
949         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
950         pmap_inval_done(&info);
951 }
952
953 /*
954  * Routine: pmap_kenter_quick
955  * Function:
956  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
957  *      mapping on the current CPU.
958  */
959 void
960 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
961 {
962         pt_entry_t *pte;
963         pt_entry_t npte;
964
965         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
966         pte = vtopte(va);
967         *pte = npte;
968         cpu_invlpg((void *)va);
969 }
970
971 void
972 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
973 {
974         pmap_inval_info info;
975
976         pmap_inval_init(&info);
977         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
978         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
979         pmap_inval_done(&info);
980 }
981
982 void
983 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
984 {
985         cpu_invlpg((void *)va);
986 }
987
988 /*
989  * remove a page from the kernel pagetables
990  */
991 void
992 pmap_kremove(vm_offset_t va)
993 {
994         pt_entry_t *pte;
995         pmap_inval_info info;
996
997         pmap_inval_init(&info);
998         pte = vtopte(va);
999         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1000         *pte = 0;
1001         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1002         pmap_inval_done(&info);
1003 }
1004
1005 void
1006 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1007 {
1008         pt_entry_t *pte;
1009         pte = vtopte(va);
1010         *pte = 0;
1011         cpu_invlpg((void *)va);
1012 }
1013
1014 /*
1015  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1016  */
1017 void
1018 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1019 {
1020         *vtopte(va) |= PG_RW;
1021         cpu_invlpg((void *)va);
1022 }
1023
1024 void
1025 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1026 {
1027         *vtopte(va) |= PG_N;
1028         cpu_invlpg((void *)va);
1029 }
1030
1031 /*
1032  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1033  * address space during the low level boot, typically to map the
1034  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1035  *
1036  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1037  * kernel text+data.
1038  *
1039  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1040  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1041  * have access to the related pointers.
1042  */
1043 vm_offset_t
1044 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1045 {
1046         vm_offset_t va;
1047         vm_offset_t va_start;
1048
1049         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1050
1051         va_start = *virtp;
1052         va = va_start;
1053
1054         while (start < end) {
1055                 pmap_kenter_quick(va, start);
1056                 va += PAGE_SIZE;
1057                 start += PAGE_SIZE;
1058         }
1059         *virtp = va;
1060         return va_start;
1061 }
1062
1063
1064 /*
1065  * Add a list of wired pages to the kva
1066  * this routine is only used for temporary
1067  * kernel mappings that do not need to have
1068  * page modification or references recorded.
1069  * Note that old mappings are simply written
1070  * over.  The page *must* be wired.
1071  */
1072 void
1073 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1074 {
1075         vm_offset_t end_va;
1076
1077         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1078                 
1079         while (va < end_va) {
1080                 pt_entry_t *pte;
1081
1082                 pte = vtopte(va);
1083                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1084                 cpu_invlpg((void *)va);
1085                 va += PAGE_SIZE;
1086                 m++;
1087         }
1088         smp_invltlb();
1089 }
1090
1091 /*
1092  * This routine jerks page mappings from the
1093  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1094  *
1095  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1096  */
1097 void
1098 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1099 {
1100         vm_offset_t end_va;
1101
1102         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1103
1104         while (va < end_va) {
1105                 pt_entry_t *pte;
1106
1107                 pte = vtopte(va);
1108                 *pte = 0;
1109                 cpu_invlpg((void *)va);
1110                 va += PAGE_SIZE;
1111         }
1112         smp_invltlb();
1113 }
1114
1115 /*
1116  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1117  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1118  *
1119  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1120  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1121  * association remains valid on return.
1122  */
1123 static
1124 vm_page_t
1125 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1126 {
1127         vm_page_t m;
1128
1129         do {
1130                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1131         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1132
1133         return(m);
1134 }
1135
1136 /*
1137  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1138  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1139  */
1140 void
1141 pmap_init_thread(thread_t td)
1142 {
1143         /* enforce pcb placement & alignment */
1144         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1145         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1146         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1147         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1148 }
1149
1150 /*
1151  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1152  */
1153 void
1154 pmap_init_proc(struct proc *p)
1155 {
1156 }
1157
1158 /*
1159  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1160  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1161  */
1162 void
1163 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1164 {
1165         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1166 }
1167
1168 /***************************************************
1169  * Page table page management routines.....
1170  ***************************************************/
1171
1172 /*
1173  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1174  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1175  */
1176 static __inline
1177 int
1178 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1179                      pmap_inval_info_t info)
1180 {
1181         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1182         if (m->hold_count > 1) {
1183                 vm_page_unhold(m);
1184                 return 0;
1185         } else {
1186                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1187         }
1188 }
1189
1190 static
1191 int
1192 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1193                       pmap_inval_info_t info)
1194 {
1195         /* 
1196          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1197          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1198          * page so it cannot be freed out from under us.
1199          */
1200         if (m->flags & PG_BUSY) {
1201                 pmap_inval_flush(info);
1202                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1203                         ;
1204         }
1205         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1206                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1207
1208         /*
1209          * This case can occur if new references were acquired while
1210          * we were blocked.
1211          */
1212         if (m->hold_count > 1) {
1213                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1214                 vm_page_unhold(m);
1215                 return 0;
1216         }
1217
1218         /*
1219          * Unmap the page table page
1220          */
1221         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1222         vm_page_busy(m);
1223         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1224
1225         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1226                 /* PDP page */
1227                 pml4_entry_t *pml4;
1228                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1229                 *pml4 = 0;
1230         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1231                 /* PD page */
1232                 pdp_entry_t *pdp;
1233                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1234                 *pdp = 0;
1235         } else {
1236                 /* PT page */
1237                 pd_entry_t *pd;
1238                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1239                 *pd = 0;
1240         }
1241
1242         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1243         --pmap->pm_stats.resident_count;
1244
1245         if (pmap->pm_ptphint == m)
1246                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1247         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1248
1249         if (m->pindex < NUPDE) {
1250                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1251                 vm_page_t pdpg;
1252
1253                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1254                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1255         }
1256         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1257                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1258                 vm_page_t pdppg;
1259
1260                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1261                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1262         }
1263
1264         /*
1265          * This was our last hold, the page had better be unwired
1266          * after we decrement wire_count.
1267          *
1268          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1269          * multiple wire counts.
1270          */
1271         vm_page_unhold(m);
1272         --m->wire_count;
1273         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1274         --vmstats.v_wire_count;
1275         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1276         vm_page_flash(m);
1277         vm_page_free_zero(m);
1278
1279         return 1;
1280 }
1281
1282 /*
1283  * After removing a page table entry, this routine is used to
1284  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1285  */
1286 static
1287 int
1288 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1289                 pmap_inval_info_t info)
1290 {
1291         vm_pindex_t ptepindex;
1292
1293         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1294                 return 0;
1295
1296         if (mpte == NULL) {
1297                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1298 #if JGHINT
1299                 if (pmap->pm_ptphint &&
1300                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1301                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1302                 } else {
1303 #endif
1304                         pmap_inval_flush(info);
1305                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1306                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1307 #if JGHINT
1308                 }
1309 #endif
1310         }
1311         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1312 }
1313
1314 /*
1315  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1316  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1317  *
1318  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1319  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1320  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1321  */
1322 void
1323 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1324 {
1325         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1326         pmap->pm_count = 1;
1327         pmap->pm_active = 0;
1328         pmap->pm_ptphint = NULL;
1329         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1330         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1335  * such as one in a vmspace structure.
1336  */
1337 void
1338 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1339 {
1340         vm_page_t ptdpg;
1341
1342         /*
1343          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1344          * page directory table.
1345          */
1346         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1347                 pmap->pm_pml4 =
1348                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1349         }
1350
1351         /*
1352          * Allocate an object for the ptes
1353          */
1354         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1355                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1356
1357         /*
1358          * Allocate the page directory page, unless we already have
1359          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1360          * already be set appropriately.
1361          */
1362         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1363                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1364                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1365                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1366                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1367                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1368                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1369                         ++vmstats.v_wire_count;
1370                 ptdpg->wire_count = 1;
1371                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1372         }
1373         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1374                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1375 #ifdef PMAP_DEBUG
1376         else
1377                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1378 #endif
1379
1380         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1381         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1382
1383         /* install self-referential address mapping entry */
1384         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1385
1386         pmap->pm_count = 1;
1387         pmap->pm_active = 0;
1388         pmap->pm_ptphint = NULL;
1389         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1390         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1391         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1392 }
1393
1394 /*
1395  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1396  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1397  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1398  * of cleanup work to do here.
1399  */
1400 void
1401 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1402 {
1403         vm_page_t p;
1404
1405         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1406         lwkt_gettoken(&vm_token);
1407         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1408                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1409                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1410                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1411                 p->wire_count--;
1412                 vmstats.v_wire_count--;
1413                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1414                 vm_page_busy(p);
1415                 vm_page_free_zero(p);
1416                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1417         }
1418         if (pmap->pm_pml4) {
1419                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1420                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1421                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1422         }
1423         if (pmap->pm_pteobj) {
1424                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1425                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1426         }
1427         lwkt_reltoken(&vm_token);
1428 }
1429
1430 /*
1431  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1432  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1433  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1434  * then copies the template.
1435  */
1436 void
1437 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1438 {
1439         crit_enter();
1440         lwkt_gettoken(&vm_token);
1441         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1442         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1443         lwkt_reltoken(&vm_token);
1444         crit_exit();
1445 }
1446
1447 /*
1448  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1449  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1450  *
1451  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1452  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1453  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1454  */
1455 static
1456 int
1457 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1458 {
1459         /*
1460          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1461          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1462          * might as well be placed directly into the zero queue.
1463          */
1464         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1465                 return 0;
1466
1467         vm_page_busy(p);
1468
1469         /*
1470          * Remove the page table page from the processes address space.
1471          */
1472         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1473                 /*
1474                  * We are the pml4 table itself.
1475                  */
1476                 /* XXX anything to do here? */
1477         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1478                 /*
1479                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1480                  * hold counts on the PML4 page.
1481                  */
1482                 pml4_entry_t *pml4;
1483                 vm_page_t m4;
1484                 int idx;
1485
1486                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1487                 KKASSERT(m4 != NULL);
1488                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1489                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1490                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1491                 pml4[idx] = 0;
1492         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1493                 /*
1494                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1495                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1496                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1497                  * intact.
1498                  */
1499                 vm_page_t m3;
1500                 pdp_entry_t *pdp;
1501                 int idx;
1502
1503                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1504                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1505                 KKASSERT(m3 != NULL);
1506                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1507                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1508                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1509                 pdp[idx] = 0;
1510                 m3->hold_count--;
1511         } else {
1512                 /*
1513                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1514                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1515                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1516                  * intact.
1517                  */
1518                 vm_page_t m2;
1519                 pd_entry_t *pd;
1520                 int idx;
1521
1522                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1523                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1524                 KKASSERT(m2 != NULL);
1525                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1526                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1527                 pd[idx] = 0;
1528                 m2->hold_count--;
1529         }
1530
1531         /*
1532          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1533          * be zero.
1534          */
1535         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1536         --pmap->pm_stats.resident_count;
1537         if (p->hold_count)
1538                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1539         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1540                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1541
1542         /*
1543          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1544          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1545          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1546          */
1547         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1548                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1549                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1550                 vm_page_wakeup(p);
1551         } else {
1552                 p->wire_count--;
1553                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1554                 vmstats.v_wire_count--;
1555                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1556                 vm_page_free(p);
1557         }
1558         return 1;
1559 }
1560
1561 /*
1562  * This routine is called when various levels in the page table need to
1563  * be populated.  This routine cannot fail.
1564  */
1565 static
1566 vm_page_t
1567 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1568 {
1569         vm_page_t m;
1570
1571         /*
1572          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1573          */
1574         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1575                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1576         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1577                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1578         }
1579 #ifdef PMAP_DEBUG
1580         else {
1581                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1582         }
1583 #endif
1584
1585         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1586                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1587
1588         /*
1589          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1590          * the caller.
1591          */
1592         m->hold_count++;
1593         if (m->wire_count++ == 0)
1594                 vmstats.v_wire_count++;
1595         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1596         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1597
1598         /*
1599          * Map the pagetable page into the process address space, if
1600          * it isn't already there.
1601          *
1602          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1603          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1604          * return the held page.
1605          */
1606         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1607                 /*
1608                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1609                  */
1610                 vm_pindex_t pml4index;
1611                 pml4_entry_t *pml4;
1612
1613                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1614                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1615                 if (*pml4 & PG_V) {
1616                         if (--m->wire_count == 0)
1617                                 --vmstats.v_wire_count;
1618                         vm_page_wakeup(m);
1619                         return(m);
1620                 }
1621                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1622         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1623                 /*
1624                  * Wire up a new PD page in the PDP
1625                  */
1626                 vm_pindex_t pml4index;
1627                 vm_pindex_t pdpindex;
1628                 vm_page_t pdppg;
1629                 pml4_entry_t *pml4;
1630                 pdp_entry_t *pdp;
1631
1632                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1633                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1634
1635                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1636                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1637                         /*
1638                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1639                          * This always succeeds.  Returned page will
1640                          * be held.
1641                          */
1642                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1643                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1644                 } else {
1645                         /*
1646                          * Add a held reference to the PDP page.
1647                          */
1648                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1649                         pdppg->hold_count++;
1650                 }
1651
1652                 /*
1653                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1654                  * has already been mapped unwind and return the
1655                  * already-mapped PDP held.
1656                  *
1657                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1658                  * each PD in the PDP).
1659                  */
1660                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1661                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1662                 if (*pdp & PG_V) {
1663                         vm_page_unhold(pdppg);
1664                         if (--m->wire_count == 0)
1665                                 --vmstats.v_wire_count;
1666                         vm_page_wakeup(m);
1667                         return(m);
1668                 }
1669                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1670         } else {
1671                 /*
1672                  * Wire up the new PT page in the PD
1673                  */
1674                 vm_pindex_t pml4index;
1675                 vm_pindex_t pdpindex;
1676                 pml4_entry_t *pml4;
1677                 pdp_entry_t *pdp;
1678                 pd_entry_t *pd;
1679                 vm_page_t pdpg;
1680
1681                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1682                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1683
1684                 /*
1685                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1686                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1687                  * to allocate them.
1688                  *
1689                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1690                  * on the PDP if necessary.
1691                  */
1692                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1693                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1694                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1695                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1696                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1697                 } else {
1698                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1699                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1700                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1701                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1702                         } else {
1703                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1704                                 pdpg->hold_count++;
1705                         }
1706                 }
1707
1708                 /*
1709                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1710                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1711                  * m, returning a held m.
1712                  *
1713                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1714                  * each PT in the PD).
1715                  */
1716                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1717                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1718                 if (*pd != 0) {
1719                         vm_page_unhold(pdpg);
1720                         if (--m->wire_count == 0)
1721                                 --vmstats.v_wire_count;
1722                         vm_page_wakeup(m);
1723                         return(m);
1724                 }
1725                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1726         }
1727
1728         /*
1729          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1730          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1731          */
1732         pmap->pm_ptphint = m;
1733         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1734
1735 #if 0
1736         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1737         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1738 #endif
1739         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1740         vm_page_wakeup(m);
1741
1742         return (m);
1743 }
1744
1745 static
1746 vm_page_t
1747 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1748 {
1749         vm_pindex_t ptepindex;
1750         pd_entry_t *pd;
1751         vm_page_t m;
1752
1753         /*
1754          * Calculate pagetable page index
1755          */
1756         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1757
1758         /*
1759          * Get the page directory entry
1760          */
1761         pd = pmap_pde(pmap, va);
1762
1763         /*
1764          * This supports switching from a 2MB page to a
1765          * normal 4K page.
1766          */
1767         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1768                 panic("no promotion/demotion yet");
1769                 *pd = 0;
1770                 pd = NULL;
1771                 cpu_invltlb();
1772                 smp_invltlb();
1773         }
1774
1775         /*
1776          * If the page table page is mapped, we just increment the
1777          * hold count, and activate it.
1778          */
1779         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1780                 /* YYY hint is used here on i386 */
1781                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1782                 pmap->pm_ptphint = m;
1783                 m->hold_count++;
1784                 return m;
1785         }
1786         /*
1787          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1788          */
1789         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1790 }
1791
1792
1793 /***************************************************
1794  * Pmap allocation/deallocation routines.
1795  ***************************************************/
1796
1797 /*
1798  * Release any resources held by the given physical map.
1799  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1800  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1801  */
1802 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1803
1804 void
1805 pmap_release(struct pmap *pmap)
1806 {
1807         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1808         struct rb_vm_page_scan_info info;
1809
1810         KASSERT(pmap->pm_active == 0,
1811                 ("pmap still active! %016jx", (uintmax_t)pmap->pm_active));
1812 #if defined(DIAGNOSTIC)
1813         if (object->ref_count != 1)
1814                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1815 #endif
1816         
1817         info.pmap = pmap;
1818         info.object = object;
1819         crit_enter();
1820         lwkt_gettoken(&vm_token);
1821         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1822         crit_exit();
1823
1824         do {
1825                 crit_enter();
1826                 info.error = 0;
1827                 info.mpte = NULL;
1828                 info.limit = object->generation;
1829
1830                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1831                                         pmap_release_callback, &info);
1832                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1833                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1834                                 info.error = 1;
1835                 }
1836                 crit_exit();
1837         } while (info.error);
1838         lwkt_reltoken(&vm_token);
1839 }
1840
1841 static
1842 int
1843 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1844 {
1845         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1846
1847         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1848                 info->mpte = p;
1849                 return(0);
1850         }
1851         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1852                 info->error = 1;
1853                 return(-1);
1854         }
1855         if (info->object->generation != info->limit) {
1856                 info->error = 1;
1857                 return(-1);
1858         }
1859         return(0);
1860 }
1861
1862 /*
1863  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1864  *
1865  * This routine is always called to validate any address space
1866  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
1867  * space below KERNBASE.
1868  */
1869 void
1870 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
1871 {
1872         vm_paddr_t paddr;
1873         vm_offset_t ptppaddr;
1874         vm_page_t nkpg;
1875         pd_entry_t *pde, newpdir;
1876         pdp_entry_t newpdp;
1877         int update_kernel_vm_end;
1878
1879         crit_enter();
1880         lwkt_gettoken(&vm_token);
1881
1882         /*
1883          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
1884          */
1885         if (kernel_vm_end == 0) {
1886                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1887                 nkpt = 0;
1888                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1889                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1890                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1891                         nkpt++;
1892                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1893                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1894                                 break;                       
1895                         }
1896                 }
1897         }
1898
1899         /*
1900          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
1901          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
1902          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
1903          */
1904         if (kstart < KERNBASE) {
1905                 if (kstart > kernel_vm_end)
1906                         kstart = kernel_vm_end;
1907                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
1908                 update_kernel_vm_end = 1;
1909         } else {
1910                 update_kernel_vm_end = 0;
1911         }
1912
1913         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1914         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1915
1916         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
1917                 kend = kernel_map.max_offset;
1918
1919         while (kstart < kend) {
1920                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kstart);
1921                 if (pde == NULL) {
1922                         /* We need a new PDP entry */
1923                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1924                                              VM_ALLOC_NORMAL |
1925                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
1926                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
1927                         if (nkpg == NULL) {
1928                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
1929                                       "kernel");
1930                         }
1931                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1932                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1933                                 pmap_zero_page(paddr);
1934                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1935                         newpdp = (pdp_entry_t)
1936                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1937                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kstart) = newpdp;
1938                         nkpt++;
1939                         continue; /* try again */
1940                 }
1941                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1942                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1943                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1944                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1945                                 kstart = kernel_map.max_offset;
1946                                 break;                       
1947                         }
1948                         continue;
1949                 }
1950
1951                 /*
1952                  * This index is bogus, but out of the way
1953                  */
1954                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1955                                      VM_ALLOC_NORMAL |
1956                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
1957                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
1958                 if (nkpg == NULL)
1959                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1960
1961                 vm_page_wire(nkpg);
1962                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1963                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1964                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1965                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1966                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kstart) = newpdir;
1967                 nkpt++;
1968
1969                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1970                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1971
1972                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1973                         kstart = kernel_map.max_offset;
1974                         break;                       
1975                 }
1976         }
1977
1978         /*
1979          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
1980          */
1981         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
1982                 kernel_vm_end = kstart;
1983
1984         lwkt_reltoken(&vm_token);
1985         crit_exit();
1986 }
1987
1988 /*
1989  *      Retire the given physical map from service.
1990  *      Should only be called if the map contains
1991  *      no valid mappings.
1992  */
1993 void
1994 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1995 {
1996         int count;
1997
1998         if (pmap == NULL)
1999                 return;
2000
2001         lwkt_gettoken(&vm_token);
2002         count = --pmap->pm_count;
2003         if (count == 0) {
2004                 pmap_release(pmap);
2005                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
2006         }
2007         lwkt_reltoken(&vm_token);
2008 }
2009
2010 /*
2011  *      Add a reference to the specified pmap.
2012  */
2013 void
2014 pmap_reference(pmap_t pmap)
2015 {
2016         if (pmap != NULL) {
2017                 lwkt_gettoken(&vm_token);
2018                 pmap->pm_count++;
2019                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2020         }
2021 }
2022
2023 /***************************************************
2024 * page management routines.
2025  ***************************************************/
2026
2027 /*
2028  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
2029  * called from an interrupt.
2030  */
2031 static __inline
2032 void
2033 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
2034 {
2035         pv_entry_count--;
2036         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
2037         zfree(pvzone, pv);
2038 }
2039
2040 /*
2041  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2042  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
2043  */
2044 static
2045 pv_entry_t
2046 get_pv_entry(void)
2047 {
2048         pv_entry_count++;
2049         if (pv_entry_high_water &&
2050                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
2051                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
2052                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
2053                 wakeup(&vm_pages_needed);
2054         }
2055         return zalloc(pvzone);
2056 }
2057
2058 /*
2059  * This routine is very drastic, but can save the system
2060  * in a pinch.
2061  */
2062 void
2063 pmap_collect(void)
2064 {
2065         int i;
2066         vm_page_t m;
2067         static int warningdone=0;
2068
2069         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2070                 return;
2071         lwkt_gettoken(&vm_token);
2072         if (warningdone < 5) {
2073                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2074                 warningdone++;
2075         }
2076
2077         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2078                 m = &vm_page_array[i];
2079                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
2080                     (m->flags & PG_BUSY))
2081                         continue;
2082                 pmap_remove_all(m);
2083         }
2084         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2085         lwkt_reltoken(&vm_token);
2086 }
2087         
2088
2089 /*
2090  * If it is the first entry on the list, it is actually
2091  * in the header and we must copy the following entry up
2092  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2093  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2094  */
2095 static
2096 int
2097 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2098                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2099 {
2100         pv_entry_t pv;
2101         int rtval;
2102
2103         crit_enter();
2104         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2105                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2106                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2107                                 break;
2108                 }
2109         } else {
2110                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2111                         if (va == pv->pv_va) 
2112                                 break;
2113                 }
2114         }
2115
2116         rtval = 0;
2117         KKASSERT(pv);
2118
2119         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2120         m->md.pv_list_count--;
2121         m->object->agg_pv_list_count--;
2122         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2123         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2124                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2125         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2126         ++pmap->pm_generation;
2127         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2128         free_pv_entry(pv);
2129
2130         crit_exit();
2131         return rtval;
2132 }
2133
2134 /*
2135  * Create a pv entry for page at pa for
2136  * (pmap, va).
2137  */
2138 static
2139 void
2140 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2141 {
2142         pv_entry_t pv;
2143
2144         crit_enter();
2145         pv = get_pv_entry();
2146         pv->pv_va = va;
2147         pv->pv_pmap = pmap;
2148         pv->pv_ptem = mpte;
2149
2150         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2151         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2152         ++pmap->pm_generation;
2153         m->md.pv_list_count++;
2154         m->object->agg_pv_list_count++;
2155
2156         crit_exit();
2157 }
2158
2159 /*
2160  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2161  */
2162 static
2163 int
2164 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2165         pmap_inval_info_t info)
2166 {
2167         pt_entry_t oldpte;
2168         vm_page_t m;
2169
2170         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2171         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2172         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2173         if (oldpte & PG_W)
2174                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2175         /*
2176          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2177          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2178          * the SMP case.
2179          */
2180         if (oldpte & PG_G)
2181                 cpu_invlpg((void *)va);
2182         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2183         --pmap->pm_stats.resident_count;
2184         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2185                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2186                 if (oldpte & PG_M) {
2187 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2188                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2189                                 kprintf(
2190         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2191                                     va, oldpte);
2192                         }
2193 #endif
2194                         if (pmap_track_modified(va))
2195                                 vm_page_dirty(m);
2196                 }
2197                 if (oldpte & PG_A)
2198                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2199                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2200         } else {
2201                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2202         }
2203
2204         return 0;
2205 }
2206
2207 /*
2208  * pmap_remove_page:
2209  *
2210  *      Remove a single page from a process address space.
2211  *
2212  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2213  *      not kernel_pmap.
2214  */
2215 static
2216 void
2217 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2218 {
2219         pt_entry_t *pte;
2220
2221         pte = pmap_pte(pmap, va);
2222         if (pte == NULL)
2223                 return;
2224         if ((*pte & PG_V) == 0)
2225                 return;
2226         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2227 }
2228
2229 /*
2230  * pmap_remove:
2231  *
2232  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2233  *
2234  *      It is assumed that the start and end are properly
2235  *      rounded to the page size.
2236  *
2237  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2238  *      not kernel_pmap.
2239  */
2240 void
2241 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2242 {
2243         vm_offset_t va_next;
2244         pml4_entry_t *pml4e;
2245         pdp_entry_t *pdpe;
2246         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2247         pt_entry_t *pte;
2248         struct pmap_inval_info info;
2249
2250         if (pmap == NULL)
2251                 return;
2252
2253         lwkt_gettoken(&vm_token);
2254         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2255                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2256                 return;
2257         }
2258
2259         pmap_inval_init(&info);
2260
2261         /*
2262          * special handling of removing one page.  a very
2263          * common operation and easy to short circuit some
2264          * code.
2265          */
2266         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2267                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2268                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2269                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2270                         pmap_inval_done(&info);
2271                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2272                         return;
2273                 }
2274         }
2275
2276         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2277                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2278                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2279                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2280                         if (va_next < sva)
2281                                 va_next = eva;
2282                         continue;
2283                 }
2284
2285                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2286                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2287                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2288                         if (va_next < sva)
2289                                 va_next = eva;
2290                         continue;
2291                 }
2292
2293                 /*
2294                  * Calculate index for next page table.
2295                  */
2296                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2297                 if (va_next < sva)
2298                         va_next = eva;
2299
2300                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2301                 ptpaddr = *pde;
2302
2303                 /*
2304                  * Weed out invalid mappings.
2305                  */
2306                 if (ptpaddr == 0)
2307                         continue;
2308
2309                 /*
2310                  * Check for large page.
2311                  */
2312                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2313                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2314                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2315                         *pde = 0;
2316                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2317                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2318                         continue;
2319                 }
2320
2321                 /*
2322                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2323                  * by the current page table page, or to the end of the
2324                  * range being removed.
2325                  */
2326                 if (va_next > eva)
2327                         va_next = eva;
2328
2329                 /*
2330                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2331                  */
2332                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2333                     sva += PAGE_SIZE) {
2334                         if (*pte == 0)
2335                                 continue;
2336                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2337                                 break;
2338                 }
2339         }
2340         pmap_inval_done(&info);
2341         lwkt_reltoken(&vm_token);
2342 }
2343
2344 /*
2345  * pmap_remove_all:
2346  *
2347  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2348  *      Reflects back modify bits to the pager.
2349  *
2350  *      This routine may not be called from an interrupt.
2351  */
2352
2353 static
2354 void
2355 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2356 {
2357         struct pmap_inval_info info;
2358         pt_entry_t *pte, tpte;
2359         pv_entry_t pv;
2360
2361         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2362                 return;
2363
2364         lwkt_gettoken(&vm_token);
2365         pmap_inval_init(&info);
2366         crit_enter();
2367         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2368                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2369                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2370
2371                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2372                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2373                 tpte = pte_load_clear(pte);
2374                 if (tpte & PG_W)
2375                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2376                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2377                 if (tpte & PG_A)
2378                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2379
2380                 /*
2381                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2382                  */
2383                 if (tpte & PG_M) {
2384 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2385                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2386                                 kprintf(
2387         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2388                                     pv->pv_va, tpte);
2389                         }
2390 #endif
2391                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2392                                 vm_page_dirty(m);
2393                 }
2394                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2395                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2396                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2397                 m->md.pv_list_count--;
2398                 m->object->agg_pv_list_count--;
2399                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2400                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2401                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2402                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2403                 free_pv_entry(pv);
2404         }
2405         crit_exit();
2406         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2407         pmap_inval_done(&info);
2408         lwkt_reltoken(&vm_token);
2409 }
2410
2411 /*
2412  * pmap_protect:
2413  *
2414  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2415  *      as requested.
2416  *
2417  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2418  *      not the kernel_pmap.
2419  */
2420 void
2421 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2422 {
2423         vm_offset_t va_next;
2424         pml4_entry_t *pml4e;
2425         pdp_entry_t *pdpe;
2426         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2427         pt_entry_t *pte;
2428         pmap_inval_info info;
2429
2430         /* JG review for NX */
2431
2432         if (pmap == NULL)
2433                 return;
2434
2435         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2436                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2437                 return;
2438         }
2439
2440         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2441                 return;
2442
2443         lwkt_gettoken(&vm_token);
2444         pmap_inval_init(&info);
2445
2446         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2447
2448                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2449                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2450                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2451                         if (va_next < sva)
2452                                 va_next = eva;
2453                         continue;
2454                 }
2455
2456                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2457                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2458                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2459                         if (va_next < sva)
2460                                 va_next = eva;
2461                         continue;
2462                 }
2463
2464                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2465                 if (va_next < sva)
2466                         va_next = eva;
2467
2468                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2469                 ptpaddr = *pde;
2470
2471                 /*
2472                  * Check for large page.
2473                  */
2474                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2475                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2476                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2477                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2478                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2479                         continue;
2480                 }
2481
2482                 /*
2483                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2484                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2485                  */
2486                 if (ptpaddr == 0)
2487                         continue;
2488
2489                 if (va_next > eva)
2490                         va_next = eva;
2491
2492                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2493                      sva += PAGE_SIZE) {
2494                         pt_entry_t pbits;
2495                         pt_entry_t cbits;
2496                         vm_page_t m;
2497
2498                         /*
2499                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2500                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2501                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2502                          * pmap_inval_add() call).
2503                          */
2504                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2505 again:
2506                         pbits = *pte;
2507                         cbits = pbits;
2508                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2509                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2510                                 continue;
2511                         }
2512                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2513                                 m = NULL;
2514                                 if (pbits & PG_A) {
2515                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2516                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2517                                         cbits &= ~PG_A;
2518                                 }
2519                                 if (pbits & PG_M) {
2520                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2521                                                 if (m == NULL)
2522                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2523                                                 vm_page_dirty(m);
2524                                                 cbits &= ~PG_M;
2525                                         }
2526                                 }
2527                         }
2528                         cbits &= ~PG_RW;
2529                         if (pbits != cbits &&
2530                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2531                                 goto again;
2532                         }
2533                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2534                 }
2535         }
2536         pmap_inval_done(&info);
2537         lwkt_reltoken(&vm_token);
2538 }
2539
2540 /*
2541  *      Insert the given physical page (p) at
2542  *      the specified virtual address (v) in the
2543  *      target physical map with the protection requested.
2544  *
2545  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2546  *      that the related pte can not be reclaimed.
2547  *
2548  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2549  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2550  *      insert this page into the given map NOW.
2551  */
2552 void
2553 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2554            boolean_t wired)
2555 {
2556         vm_paddr_t pa;
2557         pd_entry_t *pde;
2558         pt_entry_t *pte;
2559         vm_paddr_t opa;
2560         pt_entry_t origpte, newpte;
2561         vm_page_t mpte;
2562         pmap_inval_info info;
2563
2564         if (pmap == NULL)
2565                 return;
2566
2567         va = trunc_page(va);
2568 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2569         if (va >= KvaEnd)
2570                 panic("pmap_enter: toobig");
2571         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2572                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2573 #endif
2574         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2575                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2576 #ifdef DDB
2577                 db_print_backtrace();
2578 #endif
2579         }
2580         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2581                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2582 #ifdef DDB
2583                 db_print_backtrace();
2584 #endif
2585         }
2586
2587         lwkt_gettoken(&vm_token);
2588
2589         /*
2590          * In the case that a page table page is not
2591          * resident, we are creating it here.
2592          */
2593         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2594                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2595         else
2596                 mpte = NULL;
2597
2598         pmap_inval_init(&info);
2599         pde = pmap_pde(pmap, va);
2600         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2601                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2602                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2603                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2604         } else
2605                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2606
2607         KKASSERT(pte != NULL);
2608         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2609         origpte = *pte;
2610         opa = origpte & PG_FRAME;
2611
2612         /*
2613          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2614          */
2615         if (origpte && (opa == pa)) {
2616                 /*
2617                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2618                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2619                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2620                  * the PT page will be also.
2621                  */
2622                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2623                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2624                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2625                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2626
2627 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2628                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2629                         kprintf(
2630         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2631                             va, origpte);
2632                 }
2633 #endif
2634
2635                 /*
2636                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2637                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2638                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2639                  * bits below.
2640                  */
2641                 if (mpte)
2642                         mpte->hold_count--;
2643
2644                 /*
2645                  * We might be turning off write access to the page,
2646                  * so we go ahead and sense modify status.
2647                  */
2648                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2649                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2650                                 vm_page_t om;
2651                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2652                                 vm_page_dirty(om);
2653                         }
2654                         pa |= PG_MANAGED;
2655                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2656                 }
2657                 goto validate;
2658         } 
2659         /*
2660          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2661          * handle validating new mapping.
2662          */
2663         while (opa) {
2664                 int err;
2665                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2666                 if (err)
2667                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2668                 origpte = *pte;
2669                 opa = origpte & PG_FRAME;
2670                 if (opa) {
2671                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2672                                 pmap, (void *)va);
2673                 }
2674         }
2675
2676         /*
2677          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2678          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2679          * called at interrupt time.
2680          */
2681         if (pmap_initialized && 
2682             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2683                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2684                 pa |= PG_MANAGED;
2685                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2686         }
2687
2688         /*
2689          * Increment counters
2690          */
2691         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2692         if (wired)
2693                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2694
2695 validate:
2696         /*
2697          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2698          */
2699         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2700
2701         if (wired)
2702                 newpte |= PG_W;
2703         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2704                 newpte |= PG_U;
2705         if (pmap == &kernel_pmap)
2706                 newpte |= pgeflag;
2707
2708         /*
2709          * if the mapping or permission bits are different, we need
2710          * to update the pte.
2711          */
2712         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2713                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2714                 *pte = newpte | PG_A;
2715                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2716                 if (newpte & PG_RW)
2717                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2718         }
2719         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2720         pmap_inval_done(&info);
2721         lwkt_reltoken(&vm_token);
2722 }
2723
2724 /*
2725  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2726  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2727  * VA.
2728  *
2729  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2730  */
2731 void
2732 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2733 {
2734         pt_entry_t *pte;
2735         vm_paddr_t pa;
2736         vm_page_t mpte;
2737         vm_pindex_t ptepindex;
2738         pd_entry_t *ptepa;
2739         pmap_inval_info info;
2740
2741         lwkt_gettoken(&vm_token);
2742         pmap_inval_init(&info);
2743
2744         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2745                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2746 #ifdef DDB
2747                 db_print_backtrace();
2748 #endif
2749         }
2750         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2751                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2752 #ifdef DDB
2753                 db_print_backtrace();
2754 #endif
2755         }
2756
2757         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2758
2759         /*
2760          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2761          *
2762          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2763          * section following.
2764          */
2765         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2766                 /*
2767                  * Calculate pagetable page index
2768                  */
2769                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2770
2771                 do {
2772                         /*
2773                          * Get the page directory entry
2774                          */
2775                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2776
2777                         /*
2778                          * If the page table page is mapped, we just increment
2779                          * the hold count, and activate it.
2780                          */
2781                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2782                                 if (*ptepa & PG_PS)
2783                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2784 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2785 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2786 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2787 //                              } else {
2788                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2789                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2790 //                              }
2791                                 if (mpte)
2792                                         mpte->hold_count++;
2793                         } else {
2794                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2795                         }
2796                 } while (mpte == NULL);
2797         } else {
2798                 mpte = NULL;
2799                 /* this code path is not yet used */
2800         }
2801
2802         /*
2803          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2804          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2805          * we do not disturb it.
2806          */
2807         pte = vtopte(va);
2808         if (*pte & PG_V) {
2809                 if (mpte)
2810                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2811                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2812                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2813                 pmap_inval_done(&info);
2814                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2815                 return;
2816         }
2817
2818         /*
2819          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2820          */
2821         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2822                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2823                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2824         }
2825
2826         /*
2827          * Increment counters
2828          */
2829         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2830
2831         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2832
2833         /*
2834          * Now validate mapping with RO protection
2835          */
2836         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2837                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2838         else
2839                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2840 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2841         pmap_inval_done(&info);
2842         lwkt_reltoken(&vm_token);
2843 }
2844
2845 /*
2846  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2847  * to be used for panic dumps.
2848  */
2849 /* JG Needed on x86_64? */
2850 void *
2851 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
2852 {
2853         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2854         return ((void *)crashdumpmap);
2855 }
2856
2857 #define MAX_INIT_PT (96)
2858
2859 /*
2860  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2861  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2862  * immediately after an mmap.
2863  */
2864 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2865
2866 void
2867 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2868                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2869                     vm_size_t size, int limit)
2870 {
2871         struct rb_vm_page_scan_info info;
2872         struct lwp *lp;
2873         vm_size_t psize;
2874
2875         /*
2876          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2877          * or object.
2878          */
2879         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2880                 return;
2881
2882         /*
2883          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2884          */
2885         lp = curthread->td_lwp;
2886         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2887                 return;
2888
2889         psize = x86_64_btop(size);
2890
2891         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2892                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2893                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2894                 return;
2895         }
2896
2897         if (psize + pindex > object->size) {
2898                 if (object->size < pindex)
2899                         return;           
2900                 psize = object->size - pindex;
2901         }
2902
2903         if (psize == 0)
2904                 return;
2905
2906         /*
2907          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2908          * any valid pages found into the pmap.
2909          *
2910          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2911          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2912          */
2913         info.start_pindex = pindex;
2914         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2915         info.limit = limit;
2916         info.mpte = NULL;
2917         info.addr = addr;
2918         info.pmap = pmap;
2919
2920         crit_enter();
2921         lwkt_gettoken(&vm_token);
2922         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2923                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2924         lwkt_reltoken(&vm_token);
2925         crit_exit();
2926 }
2927
2928 static
2929 int
2930 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2931 {
2932         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2933         vm_pindex_t rel_index;
2934         /*
2935          * don't allow an madvise to blow away our really
2936          * free pages allocating pv entries.
2937          */
2938         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2939                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2940                     return(-1);
2941         }
2942         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2943             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2944                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2945                         vm_page_deactivate(p);
2946                 vm_page_busy(p);
2947                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2948                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2949                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2950                 vm_page_wakeup(p);
2951         }
2952         return(0);
2953 }
2954
2955 /*
2956  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2957  * pre-fault the specified address.
2958  *
2959  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2960  * pte is already loaded into the slot.
2961  */
2962 int
2963 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2964 {
2965         pt_entry_t *pte;
2966         pd_entry_t *pde;
2967         int ret;
2968
2969         lwkt_gettoken(&vm_token);
2970         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2971         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2972                 ret = 0;
2973         } else {
2974                 pte = vtopte(addr);
2975                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2976         }
2977         lwkt_reltoken(&vm_token);
2978         return(ret);
2979 }
2980
2981 /*
2982  *      Routine:        pmap_change_wiring
2983  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2984  *                      pair.
2985  *      In/out conditions:
2986  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2987  */
2988 void
2989 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2990 {
2991         pt_entry_t *pte;
2992
2993         if (pmap == NULL)
2994                 return;
2995
2996         lwkt_gettoken(&vm_token);
2997         pte = pmap_pte(pmap, va);
2998
2999         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
3000                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3001         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
3002                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3003
3004         /*
3005          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3006          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
3007          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
3008          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
3009          * wiring changes.
3010          */
3011 #ifdef SMP
3012         if (wired)
3013                 atomic_set_long(pte, PG_W);
3014         else
3015                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
3016 #else
3017         if (wired)
3018                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
3019         else
3020                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
3021 #endif
3022         lwkt_reltoken(&vm_token);
3023 }
3024
3025
3026
3027 /*
3028  *      Copy the range specified by src_addr/len
3029  *      from the source map to the range dst_addr/len
3030  *      in the destination map.
3031  *
3032  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3033  */
3034 void
3035 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
3036           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
3037 {
3038         return;
3039 #if 0
3040         pmap_inval_info info;
3041         vm_offset_t addr;
3042         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3043         vm_offset_t pdnxt;
3044         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
3045         vm_page_t m;
3046
3047         if (dst_addr != src_addr)
3048                 return;
3049 #if JGPMAP32
3050         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3051         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
3052                 return;
3053         }
3054
3055         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
3056         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
3057                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
3058                 /* The page directory is not shared between CPUs */
3059                 cpu_invltlb();
3060         }
3061 #endif
3062         pmap_inval_init(&info);
3063         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
3064         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
3065
3066         /*
3067          * critical section protection is required to maintain the page/object
3068          * association, interrupts can free pages and remove them from 
3069          * their objects.
3070          */
3071         crit_enter();
3072         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3073                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3074                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3075                 vm_offset_t srcptepaddr;
3076                 vm_pindex_t ptepindex;
3077
3078                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
3079                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
3080
3081                 /*
3082                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
3083                  * way below the low water mark of free pages or way
3084                  * above high water mark of used pv entries.
3085                  */
3086                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
3087                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
3088                         break;
3089                 
3090                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
3091                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3092
3093 #if JGPMAP32
3094                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3095 #endif
3096                 if (srcptepaddr == 0)
3097                         continue;
3098                         
3099                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3100 #if JGPMAP32
3101                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3102                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3103                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3104                         }
3105 #endif
3106                         continue;
3107                 }
3108
3109                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3110                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3111                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3112                         continue;
3113                 }
3114
3115                 if (pdnxt > end_addr)
3116                         pdnxt = end_addr;
3117
3118                 src_pte = vtopte(addr);
3119 #if JGPMAP32
3120                 dst_pte = avtopte(addr);
3121 #endif
3122                 while (addr < pdnxt) {
3123                         pt_entry_t ptetemp;
3124
3125                         ptetemp = *src_pte;
3126                         /*
3127                          * we only virtual copy managed pages
3128                          */
3129                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3130                                 /*
3131                                  * We have to check after allocpte for the
3132                                  * pte still being around...  allocpte can
3133                                  * block.
3134                                  *
3135                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3136                                  * our page directory mappings we stop.
3137                                  */
3138                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3139
3140 #if JGPMAP32
3141                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3142                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3143                                 ) {
3144                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3145                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3146                                         goto failed;
3147                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3148                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3149                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3150                                         /*
3151                                          * Clear the modified and
3152                                          * accessed (referenced) bits
3153                                          * during the copy.
3154                                          */
3155                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3156                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3157                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3158                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3159                                                 dstmpte, m);
3160                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3161                                 } else {
3162                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3163                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3164                                         goto failed;
3165                                 }
3166 #endif
3167                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3168                                         break;
3169                         }
3170                         addr += PAGE_SIZE;
3171                         src_pte++;
3172                         dst_pte++;
3173                 }
3174         }
3175 failed:
3176         crit_exit();
3177         pmap_inval_done(&info);
3178 #endif
3179 }       
3180
3181 /*
3182  * pmap_zero_page:
3183  *
3184  *      Zero the specified physical page.
3185  *
3186  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3187  *      required.
3188  */
3189 void
3190 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3191 {
3192         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3193
3194         pagezero((void *)va);
3195 }
3196
3197 /*
3198  * pmap_page_assertzero:
3199  *
3200  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3201  */
3202 void
3203 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3204 {
3205         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3206         size_t i;
3207
3208         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3209                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
3210                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
3211                               (void *)(intptr_t)va);
3212                 }
3213         }
3214 }
3215
3216 /*
3217  * pmap_zero_page:
3218  *
3219  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3220  *      its contents with bzero.
3221  *
3222  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3223  */
3224 void
3225 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3226 {
3227         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3228
3229         bzero((char *)virt + off, size);
3230 }
3231
3232 /*
3233  * pmap_copy_page:
3234  *
3235  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3236  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3237  *      is required.
3238  */
3239 void
3240 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3241 {
3242         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3243
3244         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3245         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3246         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3247 }
3248
3249 /*
3250  * pmap_copy_page_frag:
3251  *
3252  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3253  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3254  *      is required.
3255  */
3256 void
3257 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3258 {
3259         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3260
3261         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3262         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3263
3264         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3265               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3266               bytes);
3267 }
3268
3269 /*
3270  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3271  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3272  * be changed upwards or downwards in the future; it
3273  * is only necessary that true be returned for a small
3274  * subset of pmaps for proper page aging.
3275  */
3276 boolean_t
3277 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3278 {
3279         pv_entry_t pv;
3280         int loops = 0;
3281
3282         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3283                 return FALSE;
3284
3285         crit_enter();
3286         lwkt_gettoken(&vm_token);
3287
3288         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3289                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3290                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3291                         crit_exit();
3292                         return TRUE;
3293                 }
3294                 loops++;
3295                 if (loops >= 16)
3296                         break;
3297         }
3298         lwkt_reltoken(&vm_token);
3299         crit_exit();
3300         return (FALSE);
3301 }
3302
3303 /*
3304  * Remove all pages from specified address space
3305  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3306  * is special cased for current process only, but
3307  * can have the more generic (and slightly slower)
3308  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3309  * in the case of running down an entire address space.
3310  */
3311 void
3312 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3313 {
3314         struct lwp *lp;
3315         pt_entry_t *pte, tpte;
3316         pv_entry_t pv, npv;
3317         vm_page_t m;
3318         pmap_inval_info info;
3319         int iscurrentpmap;
3320         int save_generation;
3321
3322         lp = curthread->td_lwp;
3323         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3324                 iscurrentpmap = 1;
3325         else
3326                 iscurrentpmap = 0;
3327
3328         lwkt_gettoken(&vm_token);
3329         pmap_inval_init(&info);
3330         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3331                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3332                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3333                         continue;
3334                 }
3335
3336                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3337
3338                 if (iscurrentpmap)
3339                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3340                 else
3341                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3342                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3343
3344                 /*
3345                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3346                  * at this time
3347                  */
3348                 if (*pte & PG_W) {
3349                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3350                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3351                         continue;
3352                 }
3353                 tpte = pte_load_clear(pte);
3354
3355                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3356
3357                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3358                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3359
3360                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3361                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3362                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3363
3364                 /*
3365                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3366                  */
3367                 if (tpte & PG_M) {
3368                         vm_page_dirty(m);
3369                 }
3370
3371                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3372                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3373                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3374
3375                 m->md.pv_list_count--;
3376                 m->object->agg_pv_list_count--;
3377                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3378                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3379                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3380
3381                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3382                 free_pv_entry(pv);
3383
3384                 /*
3385                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3386                  * calls and other removals were made.
3387                  */
3388                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3389                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3390                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3391                 }
3392         }
3393         pmap_inval_done(&info);
3394         lwkt_reltoken(&vm_token);
3395 }
3396
3397 /*
3398  * pmap_testbit tests bits in pte's
3399  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3400  * and a lot of things compile-time evaluate.
3401  */
3402 static
3403 boolean_t
3404 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3405 {
3406         pv_entry_t pv;
3407         pt_entry_t *pte;
3408
3409         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3410                 return FALSE;
3411
3412         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3413                 return FALSE;
3414
3415         crit_enter();
3416
3417         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3418                 /*
3419                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3420                  * mark clean_map and ptes as never
3421                  * modified.
3422                  */
3423                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3424                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3425                                 continue;
3426                 }
3427
3428 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3429                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3430                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3431                         continue;
3432                 }
3433 #endif
3434                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3435                 if (*pte & bit) {
3436                         crit_exit();
3437                         return TRUE;
3438                 }
3439         }
3440         crit_exit();
3441         return (FALSE);
3442 }
3443
3444 /*
3445  * this routine is used to modify bits in ptes
3446  */
3447 static __inline
3448 void
3449 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3450 {
3451         struct pmap_inval_info info;
3452         pv_entry_t pv;
3453         pt_entry_t *pte;
3454         pt_entry_t pbits;
3455
3456         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3457                 return;
3458
3459         pmap_inval_init(&info);
3460
3461         /*
3462          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3463          * setting RO do we need to clear the VAC?
3464          */
3465         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3466                 /*
3467                  * don't write protect pager mappings
3468                  */
3469                 if (bit == PG_RW) {
3470                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3471                                 continue;
3472                 }
3473
3474 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3475                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3476                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3477                         continue;
3478                 }
3479 #endif
3480
3481                 /*
3482                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3483                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3484                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3485                  *
3486                  * We do not have to force synchronization when clearing
3487                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3488                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3489                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3490                  */
3491                 if (bit & PG_RW)
3492                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3493                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3494 again:
3495                 pbits = *pte;
3496                 if (pbits & bit) {
3497                         if (bit == PG_RW) {
3498                                 if (pbits & PG_M) {
3499                                         vm_page_dirty(m);
3500                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3501                                 } else {
3502                                         /*
3503                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3504                                          * simultaniously with our clearing
3505                                          * of PG_RW.
3506                                          */
3507                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3508                                                                pbits & ~PG_RW))
3509                                                 goto again;
3510                                 }
3511                         } else if (bit == PG_M) {
3512                                 /*
3513                                  * We could also clear PG_RW here to force
3514                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3515                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3516                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3517                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3518                                  * virtual page tables.
3519                                  */
3520                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3521                         } else {
3522                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3523                         }
3524                 }
3525                 if (bit & PG_RW)
3526                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3527         }
3528         pmap_inval_done(&info);
3529 }
3530
3531 /*
3532  *      pmap_page_protect:
3533  *
3534  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3535  */
3536 void
3537 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3538 {
3539         /* JG NX support? */
3540         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3541                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3542                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3543                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3544                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3545                 } else {
3546                         pmap_remove_all(m);
3547                 }
3548                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3549         }
3550 }
3551
3552 vm_paddr_t
3553 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3554 {
3555         return (x86_64_ptob(ppn));
3556 }
3557
3558 /*
3559  *      pmap_ts_referenced:
3560  *
3561  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3562  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3563  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3564  *      reference bits set.
3565  *
3566  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3567  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3568  *      optimal aging of shared pages.
3569  */
3570 int
3571 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3572 {
3573         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3574         pt_entry_t *pte;
3575         int rtval = 0;
3576
3577         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3578                 return (rtval);
3579
3580         crit_enter();
3581         lwkt_gettoken(&vm_token);
3582
3583         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3584
3585                 pvf = pv;
3586
3587                 do {
3588                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3589
3590                         crit_enter();
3591                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3592                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3593                         crit_exit();
3594
3595                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3596                                 continue;
3597
3598                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3599
3600                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3601 #ifdef SMP
3602                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3603 #else
3604                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3605 #endif
3606                                 rtval++;
3607                                 if (rtval > 4) {
3608                                         break;
3609                                 }
3610                         }
3611                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3612         }
3613         lwkt_reltoken(&vm_token);
3614         crit_exit();
3615
3616         return (rtval);
3617 }
3618
3619 /*
3620  *      pmap_is_modified:
3621  *
3622  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3623  *      in any physical maps.
3624  */
3625 boolean_t
3626 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3627 {
3628         boolean_t res;
3629
3630         lwkt_gettoken(&vm_token);
3631         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3632         lwkt_reltoken(&vm_token);
3633         return (res);
3634 }
3635
3636 /*
3637  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3638  */
3639 void
3640 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3641 {
3642         lwkt_gettoken(&vm_token);
3643         pmap_clearbit(m, PG_M);
3644         lwkt_reltoken(&vm_token);
3645 }
3646
3647 /*
3648  *      pmap_clear_reference:
3649  *
3650  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3651  */
3652 void
3653 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3654 {
3655         lwkt_gettoken(&vm_token);
3656         pmap_clearbit(m, PG_A);
3657         lwkt_reltoken(&vm_token);
3658 }
3659
3660 /*
3661  * Miscellaneous support routines follow
3662  */
3663
3664 static
3665 void
3666 i386_protection_init(void)
3667 {
3668         int *kp, prot;
3669
3670         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3671         kp = protection_codes;
3672         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3673                 switch (prot) {
3674                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3675                         /*
3676                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3677                          * so just make it readable.
3678                          */
3679                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3680                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3681                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3682                         *kp++ = 0;
3683                         break;
3684                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3685                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3686                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3687                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3688                         *kp++ = PG_RW;
3689                         break;
3690                 }
3691         }
3692 }
3693
3694 /*
3695  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3696  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3697  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3698  * NOT real memory.
3699  *
3700  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3701  * a time.
3702  */
3703 void *
3704 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3705 {
3706         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3707         pt_entry_t *pte;
3708
3709         offset = pa & PAGE_MASK;
3710         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3711
3712         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3713         if (va == 0)
3714                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3715
3716         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3717         for (tmpva = va; size > 0;) {
3718                 pte = vtopte(tmpva);
3719                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3720                 size -= PAGE_SIZE;
3721                 tmpva += PAGE_SIZE;
3722                 pa += PAGE_SIZE;
3723         }
3724         cpu_invltlb();
3725         smp_invltlb();
3726
3727         return ((void *)(va + offset));
3728 }
3729
3730 void *
3731 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3732 {
3733         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3734         pt_entry_t *pte;
3735
3736         offset = pa & PAGE_MASK;
3737         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3738
3739         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3740         if (va == 0)
3741                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3742
3743         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3744         for (tmpva = va; size > 0;) {
3745                 pte = vtopte(tmpva);
3746                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3747                 size -= PAGE_SIZE;
3748                 tmpva += PAGE_SIZE;
3749                 pa += PAGE_SIZE;
3750         }
3751         cpu_invltlb();
3752         smp_invltlb();
3753
3754         return ((void *)(va + offset));
3755 }
3756
3757 void
3758 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3759 {
3760         vm_offset_t base, offset;
3761
3762         base = va & ~PAGE_MASK;
3763         offset = va & PAGE_MASK;
3764         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3765         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3766         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3767 }
3768
3769 /*
3770  * perform the pmap work for mincore
3771  */
3772 int
3773 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3774 {
3775         pt_entry_t *ptep, pte;
3776         vm_page_t m;
3777         int val = 0;
3778         
3779         lwkt_gettoken(&vm_token);
3780         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3781
3782         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3783                 vm_offset_t pa;
3784
3785                 val = MINCORE_INCORE;
3786                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3787                         goto done;
3788
3789                 pa = pte & PG_FRAME;
3790
3791                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3792
3793                 /*
3794                  * Modified by us
3795                  */
3796                 if (pte & PG_M)
3797                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3798                 /*
3799                  * Modified by someone
3800                  */
3801                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3802                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3803                 /*
3804                  * Referenced by us
3805                  */
3806                 if (pte & PG_A)
3807                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3808
3809                 /*
3810                  * Referenced by someone
3811                  */
3812                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3813                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3814                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3815                 }
3816         } 
3817 done:
3818         lwkt_reltoken(&vm_token);
3819         return val;
3820 }
3821
3822 /*
3823  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3824  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3825  *
3826  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3827  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3828  */
3829 void
3830 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3831 {
3832         struct vmspace *oldvm;
3833         struct lwp *lp;
3834
3835         crit_enter();
3836         oldvm = p->p_vmspace;
3837         if (oldvm != newvm) {
3838                 p->p_vmspace = newvm;
3839                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3840                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3841                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3842                 if (adjrefs) {
3843                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3844                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3845                 }
3846         }
3847         crit_exit();
3848 }
3849
3850 /*
3851  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3852  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3853  * on a per-lwp basis.
3854  */
3855 void
3856 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3857 {
3858         struct vmspace *oldvm;
3859         struct pmap *pmap;
3860
3861         crit_enter();
3862         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3863
3864         if (oldvm != newvm) {
3865                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3866                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3867                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3868 #if defined(SMP)
3869                         atomic_set_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3870                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3871                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3872 #else
3873                         pmap->pm_active |= 1;
3874 #endif
3875 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3876                         tlb_flush_count++;
3877 #endif
3878                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3879                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3880                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3881                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3882 #if defined(SMP)
3883                         atomic_clear_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3884 #else
3885                         pmap->pm_active &= ~(cpumask_t)1;
3886 #endif
3887                 }
3888         }
3889         crit_exit();
3890 }
3891
3892 #ifdef SMP
3893
3894 /*
3895  * Called when switching to a locked pmap
3896  */
3897 void
3898 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3899 {
3900         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3901
3902         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3903                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3904                         cpu_pause();
3905                         cpu_ccfence();
3906                         lwkt_process_ipiq();
3907                 }
3908         }
3909 }
3910
3911 #endif
3912
3913 vm_offset_t
3914 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3915 {
3916
3917         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3918                 return addr;
3919         }
3920
3921         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3922         return addr;
3923 }
3924
3925 /*
3926  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
3927  */
3928 vm_page_t
3929 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
3930 {
3931         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*vtopte(va) & PG_FRAME));
3932 }