kernel: Add pmap_page_set_memattr()
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
4  * Copyright (c) 1994 David Greenman
5  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
6  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
7  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
8  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
9  * Copyright (c) 2011-2012 Matthew Dillon
10  * All rights reserved.
11  *
12  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
13  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
14  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
15  *
16  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
17  * modification, are permitted provided that the following conditions
18  * are met:
19  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
20  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
21  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
22  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
23  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
24  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
25  *    must display the following acknowledgement:
26  *      This product includes software developed by the University of
27  *      California, Berkeley and its contributors.
28  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
29  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
30  *    without specific prior written permission.
31  *
32  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
33  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
34  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
35  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
36  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
37  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
38  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
39  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
40  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
41  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
42  * SUCH DAMAGE.
43  */
44 /*
45  * Manage physical address maps for x86-64 systems.
46  */
47
48 #if JG
49 #include "opt_disable_pse.h"
50 #include "opt_pmap.h"
51 #endif
52 #include "opt_msgbuf.h"
53
54 #include <sys/param.h>
55 #include <sys/systm.h>
56 #include <sys/kernel.h>
57 #include <sys/proc.h>
58 #include <sys/msgbuf.h>
59 #include <sys/vmmeter.h>
60 #include <sys/mman.h>
61
62 #include <vm/vm.h>
63 #include <vm/vm_param.h>
64 #include <sys/sysctl.h>
65 #include <sys/lock.h>
66 #include <vm/vm_kern.h>
67 #include <vm/vm_page.h>
68 #include <vm/vm_map.h>
69 #include <vm/vm_object.h>
70 #include <vm/vm_extern.h>
71 #include <vm/vm_pageout.h>
72 #include <vm/vm_pager.h>
73 #include <vm/vm_zone.h>
74
75 #include <sys/user.h>
76 #include <sys/thread2.h>
77 #include <sys/sysref2.h>
78 #include <sys/spinlock2.h>
79 #include <vm/vm_page2.h>
80
81 #include <machine/cputypes.h>
82 #include <machine/md_var.h>
83 #include <machine/specialreg.h>
84 #include <machine/smp.h>
85 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
86 #include <machine/globaldata.h>
87 #include <machine/pmap.h>
88 #include <machine/pmap_inval.h>
89 #include <machine/inttypes.h>
90
91 #include <ddb/ddb.h>
92
93 #define PMAP_KEEP_PDIRS
94 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
95 #define PMAP_SHPGPERPROC 2000
96 #endif
97
98 #if defined(DIAGNOSTIC)
99 #define PMAP_DIAGNOSTIC
100 #endif
101
102 #define MINPV 2048
103
104 /*
105  * pmap debugging will report who owns a pv lock when blocking.
106  */
107 #ifdef PMAP_DEBUG
108
109 #define PMAP_DEBUG_DECL         ,const char *func, int lineno
110 #define PMAP_DEBUG_ARGS         , __func__, __LINE__
111 #define PMAP_DEBUG_COPY         , func, lineno
112
113 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex            \
114                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
115 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv                     \
116                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
117 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv                 \
118                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
119 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp  \
120                                                         PMAP_DEBUG_ARGS)
121
122 #else
123
124 #define PMAP_DEBUG_DECL
125 #define PMAP_DEBUG_ARGS
126 #define PMAP_DEBUG_COPY
127
128 #define pv_get(pmap, pindex)            _pv_get(pmap, pindex)
129 #define pv_lock(pv)                     _pv_lock(pv)
130 #define pv_hold_try(pv)                 _pv_hold_try(pv)
131 #define pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)  _pv_alloc(pmap, pindex, isnewp)
132
133 #endif
134
135 /*
136  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
137  */
138 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
139
140 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
141 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
142 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
143 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
144 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
145
146 /*
147  * Given a map and a machine independent protection code,
148  * convert to a vax protection code.
149  */
150 #define pte_prot(m, p)          \
151         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
152 static int protection_codes[8];
153
154 struct pmap kernel_pmap;
155 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
156
157 MALLOC_DEFINE(M_OBJPMAP, "objpmap", "pmaps associated with VM objects");
158
159 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
160 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
161 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
162 vm_offset_t virtual2_end;
163 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
164 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
165 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
166 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
167 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
168 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
169 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
170 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
171 uint64_t PatMsr;
172
173 static int ndmpdp;
174 static vm_paddr_t dmaplimit;
175 static int nkpt;
176 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
177
178 #define PAT_INDEX_SIZE  8
179 static pt_entry_t pat_pte_index[PAT_INDEX_SIZE];        /* PAT -> PG_ bits */
180 /*static pt_entry_t pat_pde_index[PAT_INDEX_SIZE];*/    /* PAT -> PG_ bits */
181
182 static uint64_t KPTbase;
183 static uint64_t KPTphys;
184 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
185 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
186 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
187 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
188
189 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
190 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
191
192 /*
193  * Data for the pv entry allocation mechanism
194  */
195 static vm_zone_t pvzone;
196 static struct vm_zone pvzone_store;
197 static struct vm_object pvzone_obj;
198 static int pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
199 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
200 static struct pv_entry *pvinit;
201
202 /*
203  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
204  */
205 pt_entry_t *CMAP1 = NULL, *ptmmap;
206 caddr_t CADDR1 = NULL, ptvmmap = NULL;
207 static pt_entry_t *msgbufmap;
208 struct msgbuf *msgbufp=NULL;
209
210 /*
211  * Crashdump maps.
212  */
213 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
214 static caddr_t crashdumpmap;
215
216 static int pmap_yield_count = 64;
217 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_yield_count, CTLFLAG_RW,
218     &pmap_yield_count, 0, "Yield during init_pt/release");
219 static int pmap_mmu_optimize = 0;
220 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, pmap_mmu_optimize, CTLFLAG_RW,
221     &pmap_mmu_optimize, 0, "Share page table pages when possible");
222
223 #define DISABLE_PSE
224
225 static void pv_hold(pv_entry_t pv);
226 static int _pv_hold_try(pv_entry_t pv
227                                 PMAP_DEBUG_DECL);
228 static void pv_drop(pv_entry_t pv);
229 static void _pv_lock(pv_entry_t pv
230                                 PMAP_DEBUG_DECL);
231 static void pv_unlock(pv_entry_t pv);
232 static pv_entry_t _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew
233                                 PMAP_DEBUG_DECL);
234 static pv_entry_t _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex
235                                 PMAP_DEBUG_DECL);
236 static pv_entry_t pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp);
237 static pv_entry_t pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex);
238 static void pv_put(pv_entry_t pv);
239 static void pv_free(pv_entry_t pv);
240 static void *pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex);
241 static pv_entry_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
242                       pv_entry_t *pvpp);
243 static pv_entry_t pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
244                       pv_entry_t *pvpp, vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va);
245 static void pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp,
246                       struct pmap_inval_info *info);
247 static vm_page_t pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv);
248 static int pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp);
249
250 struct pmap_scan_info;
251 static void pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
252                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
253                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
254 static void pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
255                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
256                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused);
257
258 static void i386_protection_init (void);
259 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
260 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
261 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
262
263 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
264 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
265
266 static unsigned pdir4mb;
267
268 static int
269 pv_entry_compare(pv_entry_t pv1, pv_entry_t pv2)
270 {
271         if (pv1->pv_pindex < pv2->pv_pindex)
272                 return(-1);
273         if (pv1->pv_pindex > pv2->pv_pindex)
274                 return(1);
275         return(0);
276 }
277
278 RB_GENERATE2(pv_entry_rb_tree, pv_entry, pv_entry,
279              pv_entry_compare, vm_pindex_t, pv_pindex);
280
281 /*
282  * Move the kernel virtual free pointer to the next
283  * 2MB.  This is used to help improve performance
284  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
285  * (.text, .data, .bss)
286  */
287 static
288 vm_offset_t
289 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
290 {
291         vm_offset_t newaddr = addr;
292
293         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
294         return newaddr;
295 }
296
297 /*
298  * pmap_pte_quick:
299  *
300  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
301  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
302  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
303  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
304  */
305 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
306
307 static
308 pt_entry_t *
309 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
310 {
311         return pmap_pte(pmap, va);
312 }
313
314 /*
315  * Returns the pindex of a page table entry (representing a terminal page).
316  * There are NUPTE_TOTAL page table entries possible (a huge number)
317  *
318  * x86-64 has a 48-bit address space, where bit 47 is sign-extended out.
319  * We want to properly translate negative KVAs.
320  */
321 static __inline
322 vm_pindex_t
323 pmap_pte_pindex(vm_offset_t va)
324 {
325         return ((va >> PAGE_SHIFT) & (NUPTE_TOTAL - 1));
326 }
327
328 /*
329  * Returns the pindex of a page table.
330  */
331 static __inline
332 vm_pindex_t
333 pmap_pt_pindex(vm_offset_t va)
334 {
335         return (NUPTE_TOTAL + ((va >> PDRSHIFT) & (NUPT_TOTAL - 1)));
336 }
337
338 /*
339  * Returns the pindex of a page directory.
340  */
341 static __inline
342 vm_pindex_t
343 pmap_pd_pindex(vm_offset_t va)
344 {
345         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
346                 ((va >> PDPSHIFT) & (NUPD_TOTAL - 1)));
347 }
348
349 static __inline
350 vm_pindex_t
351 pmap_pdp_pindex(vm_offset_t va)
352 {
353         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
354                 ((va >> PML4SHIFT) & (NUPDP_TOTAL - 1)));
355 }
356
357 static __inline
358 vm_pindex_t
359 pmap_pml4_pindex(void)
360 {
361         return (NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL + NUPDP_TOTAL);
362 }
363
364 /*
365  * Return various clipped indexes for a given VA
366  *
367  * Returns the index of a pte in a page table, representing a terminal
368  * page.
369  */
370 static __inline
371 vm_pindex_t
372 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
373 {
374         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
375 }
376
377 /*
378  * Returns the index of a pt in a page directory, representing a page
379  * table.
380  */
381 static __inline
382 vm_pindex_t
383 pmap_pt_index(vm_offset_t va)
384 {
385         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
386 }
387
388 /*
389  * Returns the index of a pd in a page directory page, representing a page
390  * directory.
391  */
392 static __inline
393 vm_pindex_t
394 pmap_pd_index(vm_offset_t va)
395 {
396         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
397 }
398
399 /*
400  * Returns the index of a pdp in the pml4 table, representing a page
401  * directory page.
402  */
403 static __inline
404 vm_pindex_t
405 pmap_pdp_index(vm_offset_t va)
406 {
407         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
408 }
409
410 /*
411  * Generic procedure to index a pte from a pt, pd, or pdp.
412  *
413  * NOTE: Normally passed pindex as pmap_xx_index().  pmap_xx_pindex() is NOT
414  *       a page table page index but is instead of PV lookup index.
415  */
416 static
417 void *
418 pv_pte_lookup(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
419 {
420         pt_entry_t *pte;
421
422         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
423         return(&pte[pindex]);
424 }
425
426 /*
427  * Return pointer to PDP slot in the PML4
428  */
429 static __inline
430 pml4_entry_t *
431 pmap_pdp(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
432 {
433         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pdp_index(va)]);
434 }
435
436 /*
437  * Return pointer to PD slot in the PDP given a pointer to the PDP
438  */
439 static __inline
440 pdp_entry_t *
441 pmap_pdp_to_pd(pml4_entry_t pdp_pte, vm_offset_t va)
442 {
443         pdp_entry_t *pd;
444
445         pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdp_pte & PG_FRAME);
446         return (&pd[pmap_pd_index(va)]);
447 }
448
449 /*
450  * Return pointer to PD slot in the PDP.
451  */
452 static __inline
453 pdp_entry_t *
454 pmap_pd(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
455 {
456         pml4_entry_t *pdp;
457
458         pdp = pmap_pdp(pmap, va);
459         if ((*pdp & PG_V) == 0)
460                 return NULL;
461         return (pmap_pdp_to_pd(*pdp, va));
462 }
463
464 /*
465  * Return pointer to PT slot in the PD given a pointer to the PD
466  */
467 static __inline
468 pd_entry_t *
469 pmap_pd_to_pt(pdp_entry_t pd_pte, vm_offset_t va)
470 {
471         pd_entry_t *pt;
472
473         pt = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pd_pte & PG_FRAME);
474         return (&pt[pmap_pt_index(va)]);
475 }
476
477 /*
478  * Return pointer to PT slot in the PD
479  *
480  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps (embedded in objects) do not have PDPs,
481  *                   so we cannot lookup the PD via the PDP.  Instead we
482  *                   must look it up via the pmap.
483  */
484 static __inline
485 pd_entry_t *
486 pmap_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
487 {
488         pdp_entry_t *pd;
489         pv_entry_t pv;
490         vm_pindex_t pd_pindex;
491
492         if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
493                 pd_pindex = pmap_pd_pindex(va);
494                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
495                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pd_pindex);
496                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
497                 if (pv == NULL || pv->pv_m == NULL)
498                         return NULL;
499                 return (pmap_pd_to_pt(VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m), va));
500         } else {
501                 pd = pmap_pd(pmap, va);
502                 if (pd == NULL || (*pd & PG_V) == 0)
503                          return NULL;
504                 return (pmap_pd_to_pt(*pd, va));
505         }
506 }
507
508 /*
509  * Return pointer to PTE slot in the PT given a pointer to the PT
510  */
511 static __inline
512 pt_entry_t *
513 pmap_pt_to_pte(pd_entry_t pt_pte, vm_offset_t va)
514 {
515         pt_entry_t *pte;
516
517         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pt_pte & PG_FRAME);
518         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
519 }
520
521 /*
522  * Return pointer to PTE slot in the PT
523  */
524 static __inline
525 pt_entry_t *
526 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
527 {
528         pd_entry_t *pt;
529
530         pt = pmap_pt(pmap, va);
531         if (pt == NULL || (*pt & PG_V) == 0)
532                  return NULL;
533         if ((*pt & PG_PS) != 0)
534                 return ((pt_entry_t *)pt);
535         return (pmap_pt_to_pte(*pt, va));
536 }
537
538 /*
539  * Of all the layers (PTE, PT, PD, PDP, PML4) the best one to cache is
540  * the PT layer.  This will speed up core pmap operations considerably.
541  */
542 static __inline
543 void
544 pv_cache(pv_entry_t pv, vm_pindex_t pindex)
545 {
546         if (pindex >= pmap_pt_pindex(0) && pindex <= pmap_pd_pindex(0))
547                 pv->pv_pmap->pm_pvhint = pv;
548 }
549
550
551 /*
552  * KVM - return address of PT slot in PD
553  */
554 static __inline
555 pd_entry_t *
556 vtopt(vm_offset_t va)
557 {
558         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
559                                   NPML4EPGSHIFT)) - 1);
560
561         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
562 }
563
564 /*
565  * KVM - return address of PTE slot in PT
566  */
567 static __inline
568 pt_entry_t *
569 vtopte(vm_offset_t va)
570 {
571         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT +
572                                   NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
573
574         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
575 }
576
577 static uint64_t
578 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, long n)
579 {
580         uint64_t ret;
581
582         ret = *firstaddr;
583         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
584         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
585         return (ret);
586 }
587
588 static
589 void
590 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
591 {
592         long i;         /* must be 64 bits */
593         long nkpt_base;
594         long nkpt_phys;
595         int j;
596
597         /*
598          * We are running (mostly) V=P at this point
599          *
600          * Calculate NKPT - number of kernel page tables.  We have to
601          * accomodoate prealloction of the vm_page_array, dump bitmap,
602          * MSGBUF_SIZE, and other stuff.  Be generous.
603          *
604          * Maxmem is in pages.
605          *
606          * ndmpdp is the number of 1GB pages we wish to map.
607          */
608         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
609         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
610                 ndmpdp = 4;
611         KKASSERT(ndmpdp <= NKPDPE * NPDEPG);
612
613         /*
614          * Starting at the beginning of kvm (not KERNBASE).
615          */
616         nkpt_phys = (Maxmem * sizeof(struct vm_page) + NBPDR - 1) / NBPDR;
617         nkpt_phys += (Maxmem * sizeof(struct pv_entry) + NBPDR - 1) / NBPDR;
618         nkpt_phys += ((nkpt + nkpt + 1 + NKPML4E + NKPDPE + NDMPML4E +
619                        ndmpdp) + 511) / 512;
620         nkpt_phys += 128;
621
622         /*
623          * Starting at KERNBASE - map 2G worth of page table pages.
624          * KERNBASE is offset -2G from the end of kvm.
625          */
626         nkpt_base = (NPDPEPG - KPDPI) * NPTEPG; /* typically 2 x 512 */
627
628         /*
629          * Allocate pages
630          */
631         KPTbase = allocpages(firstaddr, nkpt_base);
632         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt_phys);
633         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
634         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
635         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
636
637         /*
638          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
639          * that is where we start populating the page table pages.
640          * Basically this is the end - 2.
641          */
642         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
643
644         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
645         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
646                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
647         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
648
649         /*
650          * Fill in the underlying page table pages for the area around
651          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
652          *
653          * Read-only from zero to physfree
654          * XXX not fully used, underneath 2M pages
655          */
656         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
657                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
658                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
659         }
660
661         /*
662          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
663          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
664          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
665          * data, bss, and initial pre-allocations.
666          */
667         for (i = 0; i < nkpt_base; i++) {
668                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
669                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
670         }
671         for (i = 0; i < nkpt_phys; i++) {
672                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
673                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
674         }
675
676         /*
677          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
678          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
679          * above in the KERNBASE area.
680          */
681         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
682                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
683                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
684         }
685
686         /*
687          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
688          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
689          */
690         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
691                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
692                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
693                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
694                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
695         }
696
697         /*
698          * Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages
699          * Preset PG_M and PG_A because demotion expects it.
700          *
701          * When filling in entries in the PD pages make sure any excess
702          * entries are set to zero as we allocated enough PD pages
703          */
704         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
705                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
706                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = i << PDRSHIFT;
707                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
708                                                        PG_G | PG_M | PG_A;
709                 }
710
711                 /*
712                  * And the direct map space's PDP
713                  */
714                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
715                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
716                                                         (i << PAGE_SHIFT);
717                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
718                 }
719         } else {
720                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
721                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
722                                                 (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
723                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
724                                                          PG_G | PG_M | PG_A;
725                 }
726         }
727
728         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
729         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
730         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
731
732         /*
733          * Connect the Direct Map slots up to the PML4
734          */
735         for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
736                 ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I + j] =
737                         (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
738                         PG_RW | PG_V | PG_U;
739         }
740
741         /*
742          * Connect the KVA slot up to the PML4
743          */
744         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
745         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
746 }
747
748 /*
749  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
750  *
751  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
752  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
753  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
754  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
755  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
756  *      (physical) address starting relative to 0]
757  */
758 void
759 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
760 {
761         vm_offset_t va;
762         pt_entry_t *pte;
763
764         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
765         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
766         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
767
768         avail_start = *firstaddr;
769
770         /*
771          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
772          */
773         create_pagetables(firstaddr);
774
775         virtual2_start = KvaStart;
776         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
777
778         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
779         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
780
781         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
782
783         /* XXX do %cr0 as well */
784         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
785         load_cr3(KPML4phys);
786
787         /*
788          * Initialize protection array.
789          */
790         i386_protection_init();
791
792         /*
793          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
794          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
795          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
796          */
797         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
798         kernel_pmap.pm_count = 1;
799         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
800         RB_INIT(&kernel_pmap.pm_pvroot);
801         spin_init(&kernel_pmap.pm_spin);
802         lwkt_token_init(&kernel_pmap.pm_token, "kpmap_tok");
803
804         /*
805          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
806          * mapping of pages.
807          */
808 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
809         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
810
811         va = virtual_start;
812         pte = vtopte(va);
813
814         /*
815          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
816          */
817         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
818
819         /*
820          * Crashdump maps.
821          */
822         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
823
824         /*
825          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
826          * /dev/mem.
827          */
828         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
829
830         /*
831          * msgbufp is used to map the system message buffer.
832          * XXX msgbufmap is not used.
833          */
834         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
835                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
836
837         virtual_start = va;
838
839         *CMAP1 = 0;
840
841         /*
842          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
843          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
844          * works under UP because self-referential page table mappings
845          */
846         pgeflag = 0;
847
848 /*
849  * Initialize the 4MB page size flag
850  */
851         pseflag = 0;
852 /*
853  * The 4MB page version of the initial
854  * kernel page mapping.
855  */
856         pdir4mb = 0;
857
858 #if !defined(DISABLE_PSE)
859         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
860                 pt_entry_t ptditmp;
861                 /*
862                  * Note that we have enabled PSE mode
863                  */
864                 pseflag = PG_PS;
865                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
866                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
867                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
868                 pdir4mb = ptditmp;
869         }
870 #endif
871         cpu_invltlb();
872
873         /* Initialize the PAT MSR */
874         pmap_init_pat();
875 }
876
877 /*
878  * Setup the PAT MSR.
879  */
880 void
881 pmap_init_pat(void)
882 {
883         uint64_t pat_msr;
884         u_long cr0, cr4;
885
886         /*
887          * Default values mapping PATi,PCD,PWT bits at system reset.
888          * The default values effectively ignore the PATi bit by
889          * repeating the encodings for 0-3 in 4-7, and map the PCD
890          * and PWT bit combinations to the expected PAT types.
891          */
892         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |        /* 000 */
893                   PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 001 */
894                   PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |          /* 010 */
895                   PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |       /* 011 */
896                   PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |        /* 100 */
897                   PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |     /* 101 */
898                   PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |          /* 110 */
899                   PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);        /* 111 */
900         pat_pte_index[PAT_WRITE_BACK]   = 0;
901         pat_pte_index[PAT_WRITE_THROUGH]= 0         | PG_NC_PWT;
902         pat_pte_index[PAT_UNCACHED]     = PG_NC_PCD;
903         pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE]  = PG_NC_PCD | PG_NC_PWT;
904         pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
905         pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = pat_pte_index[PAT_UNCACHEABLE];
906
907         if (cpu_feature & CPUID_PAT) {
908                 /*
909                  * If we support the PAT then set-up entries for
910                  * WRITE_PROTECTED and WRITE_COMBINING using bit patterns
911                  * 4 and 5.
912                  */
913                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(4)) |
914                           PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_PROTECTED);
915                 pat_msr = (pat_msr & ~PAT_MASK(5)) |
916                           PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_COMBINING);
917                 pat_pte_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = PG_PTE_PAT | 0;
918                 pat_pte_index[PAT_WRITE_COMBINING] = PG_PTE_PAT | PG_NC_PWT;
919
920                 /*
921                  * Then enable the PAT
922                  */
923
924                 /* Disable PGE. */
925                 cr4 = rcr4();
926                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
927
928                 /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
929                 cr0 = rcr0();
930                 load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
931
932                 /* Flushes caches and TLBs. */
933                 wbinvd();
934                 cpu_invltlb();
935
936                 /* Update PAT and index table. */
937                 wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
938
939                 /* Flush caches and TLBs again. */
940                 wbinvd();
941                 cpu_invltlb();
942
943                 /* Restore caches and PGE. */
944                 load_cr0(cr0);
945                 load_cr4(cr4);
946                 PatMsr = pat_msr;
947         }
948 }
949
950 /*
951  * Set 4mb pdir for mp startup
952  */
953 void
954 pmap_set_opt(void)
955 {
956         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
957                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
958                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
959                         cpu_invltlb();
960                 }
961         }
962 }
963
964 /*
965  *      Initialize the pmap module.
966  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
967  *      system needs to map virtual memory.
968  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
969  *      way, discontiguous physical memory.
970  */
971 void
972 pmap_init(void)
973 {
974         int i;
975         int initial_pvs;
976
977         /*
978          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
979          * pv_head_table.
980          */
981
982         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
983                 vm_page_t m;
984
985                 m = &vm_page_array[i];
986                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
987         }
988
989         /*
990          * init the pv free list
991          */
992         initial_pvs = vm_page_array_size;
993         if (initial_pvs < MINPV)
994                 initial_pvs = MINPV;
995         pvzone = &pvzone_store;
996         pvinit = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
997                                     initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
998         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry),
999                   pvinit, initial_pvs);
1000
1001         /*
1002          * Now it is safe to enable pv_table recording.
1003          */
1004         pmap_initialized = TRUE;
1005 }
1006
1007 /*
1008  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
1009  * high water mark so that the system can recover from excessive
1010  * numbers of pv entries.
1011  */
1012 void
1013 pmap_init2(void)
1014 {
1015         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
1016         int entry_max;
1017
1018         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1019         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
1020         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1021         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1022
1023         /*
1024          * Subtract out pages already installed in the zone (hack)
1025          */
1026         entry_max = pv_entry_max - vm_page_array_size;
1027         if (entry_max <= 0)
1028                 entry_max = 1;
1029
1030         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
1031 }
1032
1033 /*
1034  * Typically used to initialize a fictitious page by vm/device_pager.c
1035  */
1036 void
1037 pmap_page_init(struct vm_page *m)
1038 {
1039         vm_page_init(m);
1040         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1041 }
1042
1043 /***************************************************
1044  * Low level helper routines.....
1045  ***************************************************/
1046
1047 /*
1048  * this routine defines the region(s) of memory that should
1049  * not be tested for the modified bit.
1050  */
1051 static __inline
1052 int
1053 pmap_track_modified(vm_pindex_t pindex)
1054 {
1055         vm_offset_t va = (vm_offset_t)pindex << PAGE_SHIFT;
1056         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
1057                 return 1;
1058         else
1059                 return 0;
1060 }
1061
1062 /*
1063  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
1064  * The page must be wired for this to work reliably.
1065  *
1066  * XXX for the moment we're using pv_find() instead of pv_get(), as
1067  *     callers might be expecting non-blocking operation.
1068  */
1069 vm_paddr_t 
1070 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1071 {
1072         vm_paddr_t rtval;
1073         pv_entry_t pt_pv;
1074         pt_entry_t *ptep;
1075
1076         rtval = 0;
1077         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
1078                 /*
1079                  * Kernel page directories might be direct-mapped and
1080                  * there is typically no PV tracking of pte's
1081                  */
1082                 pd_entry_t *pt;
1083
1084                 pt = pmap_pt(pmap, va);
1085                 if (pt && (*pt & PG_V)) {
1086                         if (*pt & PG_PS) {
1087                                 rtval = *pt & PG_PS_FRAME;
1088                                 rtval |= va & PDRMASK;
1089                         } else {
1090                                 ptep = pmap_pt_to_pte(*pt, va);
1091                                 if (*pt & PG_V) {
1092                                         rtval = *ptep & PG_FRAME;
1093                                         rtval |= va & PAGE_MASK;
1094                                 }
1095                         }
1096                 }
1097         } else {
1098                 /*
1099                  * User pages currently do not direct-map the page directory
1100                  * and some pages might not used managed PVs.  But all PT's
1101                  * will have a PV.
1102                  */
1103                 pt_pv = pv_find(pmap, pmap_pt_pindex(va));
1104                 if (pt_pv) {
1105                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
1106                         if (*ptep & PG_V) {
1107                                 rtval = *ptep & PG_FRAME;
1108                                 rtval |= va & PAGE_MASK;
1109                         }
1110                         pv_drop(pt_pv);
1111                 }
1112         }
1113         return rtval;
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
1118  */
1119 vm_paddr_t
1120 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1121 {
1122         pd_entry_t pt;          /* pt entry in pd */
1123         vm_paddr_t pa;
1124
1125         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1126                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1127         } else {
1128                 pt = *vtopt(va);
1129                 if (pt & PG_PS) {
1130                         pa = (pt & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1131                 } else {
1132                         /*
1133                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1134                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1135                          * be used to access the PTE because it would use the
1136                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1137                          * because the page table page is preserved by the
1138                          * promotion.
1139                          */
1140                         pa = *pmap_pt_to_pte(pt, va);
1141                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1142                 }
1143         }
1144         return pa;
1145 }
1146
1147 /***************************************************
1148  * Low level mapping routines.....
1149  ***************************************************/
1150
1151 /*
1152  * Routine: pmap_kenter
1153  * Function:
1154  *      Add a wired page to the KVA
1155  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
1156  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
1157  */
1158 void 
1159 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1160 {
1161         pt_entry_t *pte;
1162         pt_entry_t npte;
1163         pmap_inval_info info;
1164
1165         pmap_inval_init(&info);                         /* XXX remove */
1166         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1167         pte = vtopte(va);
1168         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);  /* XXX remove */
1169         *pte = npte;
1170         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);    /* XXX remove */
1171         pmap_inval_done(&info);                         /* XXX remove */
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Routine: pmap_kenter_quick
1176  * Function:
1177  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
1178  *      mapping on the current CPU.
1179  */
1180 void
1181 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1182 {
1183         pt_entry_t *pte;
1184         pt_entry_t npte;
1185
1186         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1187         pte = vtopte(va);
1188         *pte = npte;
1189         cpu_invlpg((void *)va);
1190 }
1191
1192 void
1193 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
1194 {
1195         pmap_inval_info info;
1196
1197         pmap_inval_init(&info);
1198         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1199         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1200         pmap_inval_done(&info);
1201 }
1202
1203 void
1204 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
1205 {
1206         cpu_invlpg((void *)va);
1207 }
1208
1209 /*
1210  * remove a page from the kernel pagetables
1211  */
1212 void
1213 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1214 {
1215         pt_entry_t *pte;
1216         pmap_inval_info info;
1217
1218         pmap_inval_init(&info);
1219         pte = vtopte(va);
1220         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
1221         (void)pte_load_clear(pte);
1222         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
1223         pmap_inval_done(&info);
1224 }
1225
1226 void
1227 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
1228 {
1229         pt_entry_t *pte;
1230         pte = vtopte(va);
1231         (void)pte_load_clear(pte);
1232         cpu_invlpg((void *)va);
1233 }
1234
1235 /*
1236  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
1237  */
1238 void
1239 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1240 {
1241         atomic_set_long(vtopte(va), PG_RW);
1242         cpu_invlpg((void *)va);
1243 }
1244
1245 void
1246 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1247 {
1248         atomic_set_long(vtopte(va), PG_N);
1249         cpu_invlpg((void *)va);
1250 }
1251
1252 /*
1253  * Used to map a range of physical addresses into kernel virtual
1254  * address space during the low level boot, typically to map the
1255  * dump bitmap, message buffer, and vm_page_array.
1256  *
1257  * These mappings are typically made at some pointer after the end of the
1258  * kernel text+data.
1259  *
1260  * We could return PHYS_TO_DMAP(start) here and not allocate any
1261  * via (*virtp), but then kmem from userland and kernel dumps won't
1262  * have access to the related pointers.
1263  */
1264 vm_offset_t
1265 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1266 {
1267         vm_offset_t va;
1268         vm_offset_t va_start;
1269
1270         /*return PHYS_TO_DMAP(start);*/
1271
1272         va_start = *virtp;
1273         va = va_start;
1274
1275         while (start < end) {
1276                 pmap_kenter_quick(va, start);
1277                 va += PAGE_SIZE;
1278                 start += PAGE_SIZE;
1279         }
1280         *virtp = va;
1281         return va_start;
1282 }
1283
1284 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1285
1286 /*
1287  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1288  *
1289  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1290  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1291  * when moving pages into a different cache domain.
1292  */
1293 void
1294 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1295 {
1296         vm_offset_t daddr, eva;
1297         int i;
1298
1299         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1300             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1301                 wbinvd();
1302         else {
1303                 cpu_mfence();
1304                 for (i = 0; i < count; i++) {
1305                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1306                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1307                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1308                                 clflush(daddr);
1309                 }
1310                 cpu_mfence();
1311         }
1312 }
1313
1314 void
1315 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1316 {
1317         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1318             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1319         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1320             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1321
1322         if (cpu_feature & CPUID_SS) {
1323                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1324         } else {
1325                 /* Globally invalidate caches */
1326                 cpu_wbinvd_on_all_cpus();
1327         }
1328 }
1329 void
1330 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1331 {
1332         smp_invlpg_range(pmap->pm_active, sva, eva);
1333 }
1334
1335 /*
1336  * Add a list of wired pages to the kva
1337  * this routine is only used for temporary
1338  * kernel mappings that do not need to have
1339  * page modification or references recorded.
1340  * Note that old mappings are simply written
1341  * over.  The page *must* be wired.
1342  */
1343 void
1344 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1345 {
1346         vm_offset_t end_va;
1347
1348         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1349                 
1350         while (va < end_va) {
1351                 pt_entry_t *pte;
1352
1353                 pte = vtopte(va);
1354                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V |
1355                         pat_pte_index[(*m)->pat_mode] | pgeflag;
1356                 cpu_invlpg((void *)va);
1357                 va += PAGE_SIZE;
1358                 m++;
1359         }
1360         smp_invltlb();
1361 }
1362
1363 /*
1364  * This routine jerks page mappings from the
1365  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1366  *
1367  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1368  */
1369 void
1370 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1371 {
1372         vm_offset_t end_va;
1373
1374         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1375
1376         while (va < end_va) {
1377                 pt_entry_t *pte;
1378
1379                 pte = vtopte(va);
1380                 (void)pte_load_clear(pte);
1381                 cpu_invlpg((void *)va);
1382                 va += PAGE_SIZE;
1383         }
1384         smp_invltlb();
1385 }
1386
1387 /*
1388  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1389  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1390  */
1391 void
1392 pmap_init_thread(thread_t td)
1393 {
1394         /* enforce pcb placement & alignment */
1395         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1396         td->td_pcb = (struct pcb *)((intptr_t)td->td_pcb & ~(intptr_t)0xF);
1397         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1398         td->td_sp = (char *)td->td_pcb; /* no -16 */
1399 }
1400
1401 /*
1402  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1403  */
1404 void
1405 pmap_init_proc(struct proc *p)
1406 {
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1411  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1412  *
1413  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1414  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1415  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1416  */
1417 void
1418 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1419 {
1420         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1421         pmap->pm_count = 1;
1422         pmap->pm_active = 0;
1423         pmap->pm_pvhint = NULL;
1424         RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1425         spin_init(&pmap->pm_spin);
1426         lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1427         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1428 }
1429
1430 /*
1431  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1432  * such as one in a vmspace structure.
1433  */
1434 static void
1435 pmap_pinit_simple(struct pmap *pmap)
1436 {
1437         /*
1438          * Misc initialization
1439          */
1440         pmap->pm_count = 1;
1441         pmap->pm_active = 0;
1442         pmap->pm_pvhint = NULL;
1443         pmap->pm_flags = PMAP_FLAG_SIMPLE;
1444
1445         /*
1446          * Don't blow up locks/tokens on re-use (XXX fix/use drop code
1447          * for this).
1448          */
1449         if (pmap->pm_pmlpv == NULL) {
1450                 RB_INIT(&pmap->pm_pvroot);
1451                 bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1452                 spin_init(&pmap->pm_spin);
1453                 lwkt_token_init(&pmap->pm_token, "pmap_tok");
1454         }
1455 }
1456
1457 void
1458 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1459 {
1460         pv_entry_t pv;
1461         int j;
1462
1463         pmap_pinit_simple(pmap);
1464         pmap->pm_flags &= ~PMAP_FLAG_SIMPLE;
1465
1466         /*
1467          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1468          * page directory table.
1469          */
1470         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1471                 pmap->pm_pml4 =
1472                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1473         }
1474
1475         /*
1476          * Allocate the page directory page, which wires it even though
1477          * it isn't being entered into some higher level page table (it
1478          * being the highest level).  If one is already cached we don't
1479          * have to do anything.
1480          */
1481         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) == NULL) {
1482                 pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1483                 pmap->pm_pmlpv = pv;
1484                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4,
1485                             VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m));
1486                 pv_put(pv);
1487
1488                 /*
1489                  * Install DMAP and KMAP.
1490                  */
1491                 for (j = 0; j < NDMPML4E; ++j) {
1492                         pmap->pm_pml4[DMPML4I + j] =
1493                                 (DMPDPphys + ((vm_paddr_t)j << PML4SHIFT)) |
1494                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
1495                 }
1496                 pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1497
1498                 /*
1499                  * install self-referential address mapping entry
1500                  */
1501                 pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pv->pv_m) |
1502                                            PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1503         } else {
1504                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_MAPPED);
1505                 KKASSERT(pv->pv_m->flags & PG_WRITEABLE);
1506         }
1507         KKASSERT(pmap->pm_pml4[255] == 0);
1508         KKASSERT(RB_ROOT(&pmap->pm_pvroot) == pv);
1509         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_left == NULL);
1510         KKASSERT(pv->pv_entry.rbe_right == NULL);
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1515  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1516  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1517  * of cleanup work to do here.
1518  */
1519 void
1520 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1521 {
1522         pv_entry_t pv;
1523         vm_page_t p;
1524
1525         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1526         if ((pv = pmap->pm_pmlpv) != NULL) {
1527                 if (pv_hold_try(pv) == 0)
1528                         pv_lock(pv);
1529                 p = pmap_remove_pv_page(pv);
1530                 pv_free(pv);
1531                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1532                 vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pgpun");
1533                 KKASSERT(p->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED));
1534                 vm_page_unwire(p, 0);
1535                 vm_page_flag_clear(p, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1536
1537                 /*
1538                  * XXX eventually clean out PML4 static entries and
1539                  * use vm_page_free_zero()
1540                  */
1541                 vm_page_free(p);
1542                 pmap->pm_pmlpv = NULL;
1543         }
1544         if (pmap->pm_pml4) {
1545                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1546                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1547                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1548         }
1549         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0);
1550         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1555  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1556  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1557  * then copies the template.
1558  */
1559 void
1560 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1561 {
1562         spin_lock(&pmap_spin);
1563         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1564         spin_unlock(&pmap_spin);
1565 }
1566
1567 /*
1568  * This routine is called when various levels in the page table need to
1569  * be populated.  This routine cannot fail.
1570  *
1571  * This function returns two locked pv_entry's, one representing the
1572  * requested pv and one representing the requested pv's parent pv.  If
1573  * the pv did not previously exist it will be mapped into its parent
1574  * and wired, otherwise no additional wire count will be added.
1575  */
1576 static
1577 pv_entry_t
1578 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp)
1579 {
1580         pt_entry_t *ptep;
1581         pv_entry_t pv;
1582         pv_entry_t pvp;
1583         vm_pindex_t pt_pindex;
1584         vm_page_t m;
1585         int isnew;
1586         int ispt;
1587
1588         /*
1589          * If the pv already exists and we aren't being asked for the
1590          * parent page table page we can just return it.  A locked+held pv
1591          * is returned.
1592          */
1593         ispt = 0;
1594         pv = pv_alloc(pmap, ptepindex, &isnew);
1595         if (isnew == 0 && pvpp == NULL)
1596                 return(pv);
1597
1598         /*
1599          * This is a new PV, we have to resolve its parent page table and
1600          * add an additional wiring to the page if necessary.
1601          */
1602
1603         /*
1604          * Special case terminal PVs.  These are not page table pages so
1605          * no vm_page is allocated (the caller supplied the vm_page).  If
1606          * pvpp is non-NULL we are being asked to also removed the pt_pv
1607          * for this pv.
1608          *
1609          * Note that pt_pv's are only returned for user VAs. We assert that
1610          * a pt_pv is not being requested for kernel VAs.
1611          */
1612         if (ptepindex < pmap_pt_pindex(0)) {
1613                 if (ptepindex >= NUPTE_USER)
1614                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1615                 else
1616                         KKASSERT(pvpp != NULL);
1617                 if (pvpp) {
1618                         pt_pindex = NUPTE_TOTAL + (ptepindex >> NPTEPGSHIFT);
1619                         pvp = pmap_allocpte(pmap, pt_pindex, NULL);
1620                         if (isnew)
1621                                 vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1622                         *pvpp = pvp;
1623                 } else {
1624                         pvp = NULL;
1625                 }
1626                 return(pv);
1627         }
1628
1629         /*
1630          * Non-terminal PVs allocate a VM page to represent the page table,
1631          * so we have to resolve pvp and calculate ptepindex for the pvp
1632          * and then for the page table entry index in the pvp for
1633          * fall-through.
1634          */
1635         if (ptepindex < pmap_pd_pindex(0)) {
1636                 /*
1637                  * pv is PT, pvp is PD
1638                  */
1639                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pt_pindex(0)) >> NPDEPGSHIFT;
1640                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL;
1641                 pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1642                 if (!isnew)
1643                         goto notnew;
1644
1645                 /*
1646                  * PT index in PD
1647                  */
1648                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pt_pindex(0);
1649                 ptepindex &= ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1);
1650                 ispt = 1;
1651         } else if (ptepindex < pmap_pdp_pindex(0)) {
1652                 /*
1653                  * pv is PD, pvp is PDP
1654                  *
1655                  * SIMPLE PMAP NOTE: Simple pmaps do not allocate above
1656                  *                   the PD.
1657                  */
1658                 ptepindex = (ptepindex - pmap_pd_pindex(0)) >> NPDPEPGSHIFT;
1659                 ptepindex += NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL;
1660
1661                 if (pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) {
1662                         KKASSERT(pvpp == NULL);
1663                         pvp = NULL;
1664                 } else {
1665                         pvp = pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
1666                 }
1667                 if (!isnew)
1668                         goto notnew;
1669
1670                 /*
1671                  * PD index in PDP
1672                  */
1673                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pd_pindex(0);
1674                 ptepindex &= ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1);
1675         } else if (ptepindex < pmap_pml4_pindex()) {
1676                 /*
1677                  * pv is PDP, pvp is the root pml4 table
1678                  */
1679                 pvp = pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4_pindex(), NULL);
1680                 if (!isnew)
1681                         goto notnew;
1682
1683                 /*
1684                  * PDP index in PML4
1685                  */
1686                 ptepindex = pv->pv_pindex - pmap_pdp_pindex(0);
1687                 ptepindex &= ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1);
1688         } else {
1689                 /*
1690                  * pv represents the top-level PML4, there is no parent.
1691                  */
1692                 pvp = NULL;
1693                 if (!isnew)
1694                         goto notnew;
1695         }
1696
1697         /*
1698          * This code is only reached if isnew is TRUE and this is not a
1699          * terminal PV.  We need to allocate a vm_page for the page table
1700          * at this level and enter it into the parent page table.
1701          *
1702          * page table pages are marked PG_WRITEABLE and PG_MAPPED.
1703          */
1704         for (;;) {
1705                 m = vm_page_alloc(NULL, pv->pv_pindex,
1706                                   VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM |
1707                                   VM_ALLOC_INTERRUPT);
1708                 if (m)
1709                         break;
1710                 vm_wait(0);
1711         }
1712         vm_page_spin_lock(m);
1713         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1714         pv->pv_m = m;
1715         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1716         vm_page_spin_unlock(m);
1717         vm_page_unmanage(m);    /* m must be spinunlocked */
1718
1719         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1720                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1721         }
1722 #ifdef PMAP_DEBUG
1723         else {
1724                 pmap_page_assertzero(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1725         }
1726 #endif
1727         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1728         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1729         vm_page_wire(m);        /* wire for mapping in parent */
1730
1731         /*
1732          * Wire the page into pvp, bump the wire-count for pvp's page table
1733          * page.  Bump the resident_count for the pmap.  There is no pvp
1734          * for the top level, address the pm_pml4[] array directly.
1735          *
1736          * If the caller wants the parent we return it, otherwise
1737          * we just put it away.
1738          *
1739          * No interlock is needed for pte 0 -> non-zero.
1740          *
1741          * In the situation where *ptep is valid we might have an unmanaged
1742          * page table page shared from another page table which we need to
1743          * unshare before installing our private page table page.
1744          */
1745         if (pvp) {
1746                 ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex);
1747                 if (*ptep & PG_V) {
1748                         pt_entry_t pte;
1749                         pmap_inval_info info;
1750
1751                         if (ispt == 0) {
1752                                 panic("pmap_allocpte: unexpected pte %p/%d",
1753                                       pvp, (int)ptepindex);
1754                         }
1755                         pmap_inval_init(&info);
1756                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, (vm_offset_t)-1);
1757                         pte = pte_load_clear(ptep);
1758                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
1759                         pmap_inval_done(&info);
1760                         if (vm_page_unwire_quick(
1761                                         PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME))) {
1762                                 panic("pmap_allocpte: shared pgtable "
1763                                       "pg bad wirecount");
1764                         }
1765                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
1766                 } else {
1767                         vm_page_wire_quick(pvp->pv_m);
1768                 }
1769                 *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | (PG_U | PG_RW | PG_V |
1770                                               PG_A | PG_M);
1771         }
1772         vm_page_wakeup(m);
1773 notnew:
1774         if (pvpp)
1775                 *pvpp = pvp;
1776         else if (pvp)
1777                 pv_put(pvp);
1778         return (pv);
1779 }
1780
1781 /*
1782  * This version of pmap_allocpte() checks for possible segment optimizations
1783  * that would allow page-table sharing.  It can be called for terminal
1784  * page or page table page ptepindex's.
1785  *
1786  * The function is called with page table page ptepindex's for fictitious
1787  * and unmanaged terminal pages.  That is, we don't want to allocate a
1788  * terminal pv, we just want the pt_pv.  pvpp is usually passed as NULL
1789  * for this case.
1790  *
1791  * This function can return a pv and *pvpp associated with the passed in pmap
1792  * OR a pv and *pvpp associated with the shared pmap.  In the latter case
1793  * an unmanaged page table page will be entered into the pass in pmap.
1794  */
1795 static
1796 pv_entry_t
1797 pmap_allocpte_seg(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, pv_entry_t *pvpp,
1798                   vm_map_entry_t entry, vm_offset_t va)
1799 {
1800         struct pmap_inval_info info;
1801         vm_object_t object;
1802         pmap_t obpmap;
1803         pmap_t *obpmapp;
1804         vm_offset_t b;
1805         pv_entry_t pte_pv;      /* in original or shared pmap */
1806         pv_entry_t pt_pv;       /* in original or shared pmap */
1807         pv_entry_t proc_pd_pv;  /* in original pmap */
1808         pv_entry_t proc_pt_pv;  /* in original pmap */
1809         pv_entry_t xpv;         /* PT in shared pmap */
1810         pd_entry_t *pt;         /* PT entry in PD of original pmap */
1811         pd_entry_t opte;        /* contents of *pt */
1812         pd_entry_t npte;        /* contents of *pt */
1813         vm_page_t m;
1814
1815 retry:
1816         /*
1817          * Basic tests, require a non-NULL vm_map_entry, require proper
1818          * alignment and type for the vm_map_entry, require that the
1819          * underlying object already be allocated.
1820          *
1821          * We currently allow any type of object to use this optimization.
1822          * The object itself does NOT have to be sized to a multiple of the
1823          * segment size, but the memory mapping does.
1824          *
1825          * XXX don't handle devices currently, because VM_PAGE_TO_PHYS()
1826          *     won't work as expected.
1827          */
1828         if (entry == NULL ||
1829             pmap_mmu_optimize == 0 ||                   /* not enabled */
1830             ptepindex >= pmap_pd_pindex(0) ||           /* not terminal */
1831             entry->inheritance != VM_INHERIT_SHARE ||   /* not shared */
1832             entry->maptype != VM_MAPTYPE_NORMAL ||      /* weird map type */
1833             entry->object.vm_object == NULL ||          /* needs VM object */
1834             entry->object.vm_object->type == OBJT_DEVICE ||     /* ick */
1835             entry->object.vm_object->type == OBJT_MGTDEVICE ||  /* ick */
1836             (entry->offset & SEG_MASK) ||               /* must be aligned */
1837             (entry->start & SEG_MASK)) {
1838                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
1839         }
1840
1841         /*
1842          * Make sure the full segment can be represented.
1843          */
1844         b = va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK;
1845         if (b < entry->start && b + SEG_SIZE > entry->end)
1846                 return(pmap_allocpte(pmap, ptepindex, pvpp));
1847
1848         /*
1849          * If the full segment can be represented dive the VM object's
1850          * shared pmap, allocating as required.
1851          */
1852         object = entry->object.vm_object;
1853
1854         if (entry->protection & VM_PROT_WRITE)
1855                 obpmapp = &object->md.pmap_rw;
1856         else
1857                 obpmapp = &object->md.pmap_ro;
1858
1859         /*
1860          * We allocate what appears to be a normal pmap but because portions
1861          * of this pmap are shared with other unrelated pmaps we have to
1862          * set pm_active to point to all cpus.
1863          *
1864          * XXX Currently using pmap_spin to interlock the update, can't use
1865          *     vm_object_hold/drop because the token might already be held
1866          *     shared OR exclusive and we don't know.
1867          */
1868         while ((obpmap = *obpmapp) == NULL) {
1869                 obpmap = kmalloc(sizeof(*obpmap), M_OBJPMAP, M_WAITOK|M_ZERO);
1870                 pmap_pinit_simple(obpmap);
1871                 pmap_pinit2(obpmap);
1872                 spin_lock(&pmap_spin);
1873                 if (*obpmapp != NULL) {
1874                         /*
1875                          * Handle race
1876                          */
1877                         spin_unlock(&pmap_spin);
1878                         pmap_release(obpmap);
1879                         pmap_puninit(obpmap);
1880                         kfree(obpmap, M_OBJPMAP);
1881                 } else {
1882                         obpmap->pm_active = smp_active_mask;
1883                         *obpmapp = obpmap;
1884                         spin_unlock(&pmap_spin);
1885                 }
1886         }
1887
1888         /*
1889          * Layering is: PTE, PT, PD, PDP, PML4.  We have to return the
1890          * pte/pt using the shared pmap from the object but also adjust
1891          * the process pmap's page table page as a side effect.
1892          */
1893
1894         /*
1895          * Resolve the terminal PTE and PT in the shared pmap.  This is what
1896          * we will return.  This is true if ptepindex represents a terminal
1897          * page, otherwise pte_pv is actually the PT and pt_pv is actually
1898          * the PD.
1899          */
1900         pt_pv = NULL;
1901         pte_pv = pmap_allocpte(obpmap, ptepindex, &pt_pv);
1902         if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0))
1903                 xpv = pte_pv;
1904         else
1905                 xpv = pt_pv;
1906
1907         /*
1908          * Resolve the PD in the process pmap so we can properly share the
1909          * page table page.  Lock order is bottom-up (leaf first)!
1910          *
1911          * NOTE: proc_pt_pv can be NULL.
1912          */
1913         proc_pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(b));
1914         proc_pd_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pd_pindex(b), NULL);
1915
1916         /*
1917          * xpv is the page table page pv from the shared object
1918          * (for convenience).
1919          *
1920          * Calculate the pte value for the PT to load into the process PD.
1921          * If we have to change it we must properly dispose of the previous
1922          * entry.
1923          */
1924         pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
1925         npte = VM_PAGE_TO_PHYS(xpv->pv_m) |
1926                (PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1927
1928         /*
1929          * Dispose of previous page table page if it was local to the
1930          * process pmap.  If the old pt is not empty we cannot dispose of it
1931          * until we clean it out.  This case should not arise very often so
1932          * it is not optimized.
1933          */
1934         if (proc_pt_pv) {
1935                 if (proc_pt_pv->pv_m->wire_count != 1) {
1936                         pv_put(proc_pd_pv);
1937                         pv_put(proc_pt_pv);
1938                         pv_put(pt_pv);
1939                         pv_put(pte_pv);
1940                         pmap_remove(pmap,
1941                                     va & ~(vm_offset_t)SEG_MASK,
1942                                     (va + SEG_SIZE) & ~(vm_offset_t)SEG_MASK);
1943                         goto retry;
1944                 }
1945                 pmap_release_pv(proc_pt_pv, proc_pd_pv);
1946                 proc_pt_pv = NULL;
1947                 /* relookup */
1948                 pt = pv_pte_lookup(proc_pd_pv, pmap_pt_index(b));
1949         }
1950
1951         /*
1952          * Handle remaining cases.
1953          */
1954         if (*pt == 0) {
1955                 *pt = npte;
1956                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);
1957                 vm_page_wire_quick(proc_pd_pv->pv_m);
1958                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
1959         } else if (*pt != npte) {
1960                 pmap_inval_init(&info);
1961                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, (vm_offset_t)-1);
1962
1963                 opte = pte_load_clear(pt);
1964                 KKASSERT(opte && opte != npte);
1965
1966                 *pt = npte;
1967                 vm_page_wire_quick(xpv->pv_m);  /* pgtable pg that is npte */
1968
1969                 /*
1970                  * Clean up opte, bump the wire_count for the process
1971                  * PD page representing the new entry if it was
1972                  * previously empty.
1973                  *
1974                  * If the entry was not previously empty and we have
1975                  * a PT in the proc pmap then opte must match that
1976                  * pt.  The proc pt must be retired (this is done
1977                  * later on in this procedure).
1978                  *
1979                  * NOTE: replacing valid pte, wire_count on proc_pd_pv
1980                  * stays the same.
1981                  */
1982                 KKASSERT(opte & PG_V);
1983                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(opte & PG_FRAME);
1984                 if (vm_page_unwire_quick(m)) {
1985                         panic("pmap_allocpte_seg: "
1986                               "bad wire count %p",
1987                               m);
1988                 }
1989
1990                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
1991                 pmap_inval_done(&info);
1992         }
1993
1994         /*
1995          * The existing process page table was replaced and must be destroyed
1996          * here.
1997          */
1998         if (proc_pd_pv)
1999                 pv_put(proc_pd_pv);
2000         if (pvpp)
2001                 *pvpp = pt_pv;
2002         else
2003                 pv_put(pt_pv);
2004
2005         return (pte_pv);
2006 }
2007
2008 /*
2009  * Release any resources held by the given physical map.
2010  *
2011  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.  Should
2012  * only be called if the map contains no valid mappings.
2013  *
2014  * Caller must hold pmap->pm_token
2015  */
2016 struct pmap_release_info {
2017         pmap_t  pmap;
2018         int     retry;
2019 };
2020
2021 static int pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2022
2023 void
2024 pmap_release(struct pmap *pmap)
2025 {
2026         struct pmap_release_info info;
2027
2028         KASSERT(pmap->pm_active == 0,
2029                 ("pmap still active! %016jx", (uintmax_t)pmap->pm_active));
2030
2031         spin_lock(&pmap_spin);
2032         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
2033         spin_unlock(&pmap_spin);
2034
2035         /*
2036          * Pull pv's off the RB tree in order from low to high and release
2037          * each page.
2038          */
2039         info.pmap = pmap;
2040         do {
2041                 info.retry = 0;
2042                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2043                 RB_SCAN(pv_entry_rb_tree, &pmap->pm_pvroot, NULL,
2044                         pmap_release_callback, &info);
2045                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2046         } while (info.retry);
2047
2048
2049         /*
2050          * One resident page (the pml4 page) should remain.
2051          * No wired pages should remain.
2052          */
2053         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count ==
2054                  ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) ? 0 : 1));
2055
2056         KKASSERT(pmap->pm_stats.wired_count == 0);
2057 }
2058
2059 static int
2060 pmap_release_callback(pv_entry_t pv, void *data)
2061 {
2062         struct pmap_release_info *info = data;
2063         pmap_t pmap = info->pmap;
2064         int r;
2065
2066         if (pv_hold_try(pv)) {
2067                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2068         } else {
2069                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2070                 pv_lock(pv);
2071                 if (pv->pv_pmap != pmap) {
2072                         pv_put(pv);
2073                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2074                         info->retry = 1;
2075                         return(-1);
2076                 }
2077         }
2078         r = pmap_release_pv(pv, NULL);
2079         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2080         return(r);
2081 }
2082
2083 /*
2084  * Called with held (i.e. also locked) pv.  This function will dispose of
2085  * the lock along with the pv.
2086  *
2087  * If the caller already holds the locked parent page table for pv it
2088  * must pass it as pvp, allowing us to avoid a deadlock, else it can
2089  * pass NULL for pvp.
2090  */
2091 static int
2092 pmap_release_pv(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp)
2093 {
2094         vm_page_t p;
2095
2096         /*
2097          * The pmap is currently not spinlocked, pv is held+locked.
2098          * Remove the pv's page from its parent's page table.  The
2099          * parent's page table page's wire_count will be decremented.
2100          */
2101         pmap_remove_pv_pte(pv, pvp, NULL);
2102
2103         /*
2104          * Terminal pvs are unhooked from their vm_pages.  Because
2105          * terminal pages aren't page table pages they aren't wired
2106          * by us, so we have to be sure not to unwire them either.
2107          */
2108         if (pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0)) {
2109                 pmap_remove_pv_page(pv);
2110                 goto skip;
2111         }
2112
2113         /*
2114          * We leave the top-level page table page cached, wired, and
2115          * mapped in the pmap until the dtor function (pmap_puninit())
2116          * gets called.
2117          *
2118          * Since we are leaving the top-level pv intact we need
2119          * to break out of what would otherwise be an infinite loop.
2120          */
2121         if (pv->pv_pindex == pmap_pml4_pindex()) {
2122                 pv_put(pv);
2123                 return(-1);
2124         }
2125
2126         /*
2127          * For page table pages (other than the top-level page),
2128          * remove and free the vm_page.  The representitive mapping
2129          * removed above by pmap_remove_pv_pte() did not undo the
2130          * last wire_count so we have to do that as well.
2131          */
2132         p = pmap_remove_pv_page(pv);
2133         vm_page_busy_wait(p, FALSE, "pmaprl");
2134         if (p->wire_count != 1) {
2135                 kprintf("p->wire_count was %016lx %d\n",
2136                         pv->pv_pindex, p->wire_count);
2137         }
2138         KKASSERT(p->wire_count == 1);
2139         KKASSERT(p->flags & PG_UNMANAGED);
2140
2141         vm_page_unwire(p, 0);
2142         KKASSERT(p->wire_count == 0);
2143
2144         /*
2145          * Theoretically this page, if not the pml4 page, should contain
2146          * all-zeros.  But its just too dangerous to mark it PG_ZERO.  Free
2147          * normally.
2148          */
2149         vm_page_free(p);
2150 skip:
2151         pv_free(pv);
2152         return 0;
2153 }
2154
2155 /*
2156  * This function will remove the pte associated with a pv from its parent.
2157  * Terminal pv's are supported.  The removal will be interlocked if info
2158  * is non-NULL.  The caller must dispose of pv instead of just unlocking
2159  * it.
2160  *
2161  * The wire count will be dropped on the parent page table.  The wire
2162  * count on the page being removed (pv->pv_m) from the parent page table
2163  * is NOT touched.  Note that terminal pages will not have any additional
2164  * wire counts while page table pages will have at least one representing
2165  * the mapping, plus others representing sub-mappings.
2166  *
2167  * NOTE: Cannot be called on kernel page table pages, only KVM terminal
2168  *       pages and user page table and terminal pages.
2169  *
2170  * The pv must be locked.
2171  *
2172  * XXX must lock parent pv's if they exist to remove pte XXX
2173  */
2174 static
2175 void
2176 pmap_remove_pv_pte(pv_entry_t pv, pv_entry_t pvp, struct pmap_inval_info *info)
2177 {
2178         vm_pindex_t ptepindex = pv->pv_pindex;
2179         pmap_t pmap = pv->pv_pmap;
2180         vm_page_t p;
2181         int gotpvp = 0;
2182
2183         KKASSERT(pmap);
2184
2185         if (ptepindex == pmap_pml4_pindex()) {
2186                 /*
2187                  * We are the top level pml4 table, there is no parent.
2188                  */
2189                 p = pmap->pm_pmlpv->pv_m;
2190         } else if (ptepindex >= pmap_pdp_pindex(0)) {
2191                 /*
2192                  * Remove a PDP page from the pml4e.  This can only occur
2193                  * with user page tables.  We do not have to lock the
2194                  * pml4 PV so just ignore pvp.
2195                  */
2196                 vm_pindex_t pml4_pindex;
2197                 vm_pindex_t pdp_index;
2198                 pml4_entry_t *pdp;
2199
2200                 pdp_index = ptepindex - pmap_pdp_pindex(0);
2201                 if (pvp == NULL) {
2202                         pml4_pindex = pmap_pml4_pindex();
2203                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pml4_pindex);
2204                         KKASSERT(pvp);
2205                         gotpvp = 1;
2206                 }
2207                 pdp = &pmap->pm_pml4[pdp_index & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1)];
2208                 KKASSERT((*pdp & PG_V) != 0);
2209                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2210                 *pdp = 0;
2211                 KKASSERT(info == NULL);
2212         } else if (ptepindex >= pmap_pd_pindex(0)) {
2213                 /*
2214                  * Remove a PD page from the pdp
2215                  *
2216                  * SIMPLE PMAP NOTE: Non-existant pvp's are ok in the case
2217                  *                   of a simple pmap because it stops at
2218                  *                   the PD page.
2219                  */
2220                 vm_pindex_t pdp_pindex;
2221                 vm_pindex_t pd_index;
2222                 pdp_entry_t *pd;
2223
2224                 pd_index = ptepindex - pmap_pd_pindex(0);
2225
2226                 if (pvp == NULL) {
2227                         pdp_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL + NUPD_TOTAL +
2228                                      (pd_index >> NPML4EPGSHIFT);
2229                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pdp_pindex);
2230                         if (pvp)
2231                                 gotpvp = 1;
2232                 }
2233                 if (pvp) {
2234                         pd = pv_pte_lookup(pvp, pd_index &
2235                                                 ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2236                         KKASSERT((*pd & PG_V) != 0);
2237                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2238                         *pd = 0;
2239                 } else {
2240                         KKASSERT(pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE);
2241                         p = pv->pv_m;           /* degenerate test later */
2242                 }
2243                 KKASSERT(info == NULL);
2244         } else if (ptepindex >= pmap_pt_pindex(0)) {
2245                 /*
2246                  *  Remove a PT page from the pd
2247                  */
2248                 vm_pindex_t pd_pindex;
2249                 vm_pindex_t pt_index;
2250                 pd_entry_t *pt;
2251
2252                 pt_index = ptepindex - pmap_pt_pindex(0);
2253
2254                 if (pvp == NULL) {
2255                         pd_pindex = NUPTE_TOTAL + NUPT_TOTAL +
2256                                     (pt_index >> NPDPEPGSHIFT);
2257                         pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pd_pindex);
2258                         KKASSERT(pvp);
2259                         gotpvp = 1;
2260                 }
2261                 pt = pv_pte_lookup(pvp, pt_index & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2262                 KKASSERT((*pt & PG_V) != 0);
2263                 p = PHYS_TO_VM_PAGE(*pt & PG_FRAME);
2264                 *pt = 0;
2265                 KKASSERT(info == NULL);
2266         } else {
2267                 /*
2268                  * Remove a PTE from the PT page
2269                  *
2270                  * NOTE: pv's must be locked bottom-up to avoid deadlocking.
2271                  *       pv is a pte_pv so we can safely lock pt_pv.
2272                  *
2273                  * NOTE: FICTITIOUS pages may have multiple physical mappings
2274                  *       so PHYS_TO_VM_PAGE() will not necessarily work for
2275                  *       terminal ptes.
2276                  */
2277                 vm_pindex_t pt_pindex;
2278                 pt_entry_t *ptep;
2279                 pt_entry_t pte;
2280                 vm_offset_t va;
2281
2282                 pt_pindex = ptepindex >> NPTEPGSHIFT;
2283                 va = (vm_offset_t)ptepindex << PAGE_SHIFT;
2284
2285                 if (ptepindex >= NUPTE_USER) {
2286                         ptep = vtopte(ptepindex << PAGE_SHIFT);
2287                         KKASSERT(pvp == NULL);
2288                 } else {
2289                         if (pvp == NULL) {
2290                                 pt_pindex = NUPTE_TOTAL +
2291                                             (ptepindex >> NPDPEPGSHIFT);
2292                                 pvp = pv_get(pv->pv_pmap, pt_pindex);
2293                                 KKASSERT(pvp);
2294                                 gotpvp = 1;
2295                         }
2296                         ptep = pv_pte_lookup(pvp, ptepindex &
2297                                                   ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
2298                 }
2299
2300                 if (info)
2301                         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2302                 pte = pte_load_clear(ptep);
2303                 if (info)
2304                         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2305                 else
2306                         cpu_invlpg((void *)va);
2307
2308                 /*
2309                  * Now update the vm_page_t
2310                  */
2311                 if ((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) != (PG_MANAGED|PG_V)) {
2312                         kprintf("remove_pte badpte %016lx %016lx %d\n",
2313                                 pte, pv->pv_pindex,
2314                                 pv->pv_pindex < pmap_pt_pindex(0));
2315                 }
2316                 /* PHYS_TO_VM_PAGE() will not work for FICTITIOUS pages */
2317                 /*KKASSERT((pte & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|PG_V));*/
2318                 if (pte & PG_DEVICE)
2319                         p = pv->pv_m;
2320                 else
2321                         p = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2322                 /* p = pv->pv_m; */
2323
2324                 if (pte & PG_M) {
2325                         if (pmap_track_modified(ptepindex))
2326                                 vm_page_dirty(p);
2327                 }
2328                 if (pte & PG_A) {
2329                         vm_page_flag_set(p, PG_REFERENCED);
2330                 }
2331                 if (pte & PG_W)
2332                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
2333                 if (pte & PG_G)
2334                         cpu_invlpg((void *)va);
2335         }
2336
2337         /*
2338          * Unwire the parent page table page.  The wire_count cannot go below
2339          * 1 here because the parent page table page is itself still mapped.
2340          *
2341          * XXX remove the assertions later.
2342          */
2343         KKASSERT(pv->pv_m == p);
2344         if (pvp && vm_page_unwire_quick(pvp->pv_m))
2345                 panic("pmap_remove_pv_pte: Insufficient wire_count");
2346
2347         if (gotpvp)
2348                 pv_put(pvp);
2349 }
2350
2351 static
2352 vm_page_t
2353 pmap_remove_pv_page(pv_entry_t pv)
2354 {
2355         vm_page_t m;
2356
2357         m = pv->pv_m;
2358         KKASSERT(m);
2359         vm_page_spin_lock(m);
2360         pv->pv_m = NULL;
2361         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2362         /*
2363         if (m->object)
2364                 atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, -1);
2365         */
2366         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2367                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2368         vm_page_spin_unlock(m);
2369         return(m);
2370 }
2371
2372 /*
2373  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
2374  *
2375  * This routine is always called to validate any address space
2376  * beyond KERNBASE (for kldloads).  kernel_vm_end only governs the address
2377  * space below KERNBASE.
2378  */
2379 void
2380 pmap_growkernel(vm_offset_t kstart, vm_offset_t kend)
2381 {
2382         vm_paddr_t paddr;
2383         vm_offset_t ptppaddr;
2384         vm_page_t nkpg;
2385         pd_entry_t *pt, newpt;
2386         pdp_entry_t newpd;
2387         int update_kernel_vm_end;
2388
2389         /*
2390          * bootstrap kernel_vm_end on first real VM use
2391          */
2392         if (kernel_vm_end == 0) {
2393                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2394                 nkpt = 0;
2395                 while ((*pmap_pt(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
2396                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2397                                         ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2398                         nkpt++;
2399                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2400                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
2401                                 break;                       
2402                         }
2403                 }
2404         }
2405
2406         /*
2407          * Fill in the gaps.  kernel_vm_end is only adjusted for ranges
2408          * below KERNBASE.  Ranges above KERNBASE are kldloaded and we
2409          * do not want to force-fill 128G worth of page tables.
2410          */
2411         if (kstart < KERNBASE) {
2412                 if (kstart > kernel_vm_end)
2413                         kstart = kernel_vm_end;
2414                 KKASSERT(kend <= KERNBASE);
2415                 update_kernel_vm_end = 1;
2416         } else {
2417                 update_kernel_vm_end = 0;
2418         }
2419
2420         kstart = rounddown2(kstart, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2421         kend = roundup2(kend, PAGE_SIZE * NPTEPG);
2422
2423         if (kend - 1 >= kernel_map.max_offset)
2424                 kend = kernel_map.max_offset;
2425
2426         while (kstart < kend) {
2427                 pt = pmap_pt(&kernel_pmap, kstart);
2428                 if (pt == NULL) {
2429                         /* We need a new PDP entry */
2430                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2431                                              VM_ALLOC_NORMAL |
2432                                              VM_ALLOC_SYSTEM |
2433                                              VM_ALLOC_INTERRUPT);
2434                         if (nkpg == NULL) {
2435                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow "
2436                                       "kernel");
2437                         }
2438                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2439                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2440                                 pmap_zero_page(paddr);
2441                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2442                         newpd = (pdp_entry_t)
2443                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2444                         *pmap_pd(&kernel_pmap, kstart) = newpd;
2445                         nkpt++;
2446                         continue; /* try again */
2447                 }
2448                 if ((*pt & PG_V) != 0) {
2449                         kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2450                                  ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2451                         if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2452                                 kstart = kernel_map.max_offset;
2453                                 break;                       
2454                         }
2455                         continue;
2456                 }
2457
2458                 /*
2459                  * This index is bogus, but out of the way
2460                  */
2461                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, nkpt,
2462                                      VM_ALLOC_NORMAL |
2463                                      VM_ALLOC_SYSTEM |
2464                                      VM_ALLOC_INTERRUPT);
2465                 if (nkpg == NULL)
2466                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2467
2468                 vm_page_wire(nkpg);
2469                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2470                 pmap_zero_page(ptppaddr);
2471                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
2472                 newpt = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2473                 *pmap_pt(&kernel_pmap, kstart) = newpt;
2474                 nkpt++;
2475
2476                 kstart = (kstart + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
2477                           ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
2478
2479                 if (kstart - 1 >= kernel_map.max_offset) {
2480                         kstart = kernel_map.max_offset;
2481                         break;                       
2482                 }
2483         }
2484
2485         /*
2486          * Only update kernel_vm_end for areas below KERNBASE.
2487          */
2488         if (update_kernel_vm_end && kernel_vm_end < kstart)
2489                 kernel_vm_end = kstart;
2490 }
2491
2492 /*
2493  *      Add a reference to the specified pmap.
2494  */
2495 void
2496 pmap_reference(pmap_t pmap)
2497 {
2498         if (pmap != NULL) {
2499                 lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2500                 ++pmap->pm_count;
2501                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2502         }
2503 }
2504
2505 /***************************************************
2506  * page management routines.
2507  ***************************************************/
2508
2509 /*
2510  * Hold a pv without locking it
2511  */
2512 static void
2513 pv_hold(pv_entry_t pv)
2514 {
2515         u_int count;
2516
2517         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 0, 1))
2518                 return;
2519
2520         for (;;) {
2521                 count = pv->pv_hold;
2522                 cpu_ccfence();
2523                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2524                         return;
2525                 /* retry */
2526         }
2527 }
2528
2529 /*
2530  * Hold a pv_entry, preventing its destruction.  TRUE is returned if the pv
2531  * was successfully locked, FALSE if it wasn't.  The caller must dispose of
2532  * the pv properly.
2533  *
2534  * Either the pmap->pm_spin or the related vm_page_spin (if traversing a
2535  * pv list via its page) must be held by the caller.
2536  */
2537 static int
2538 _pv_hold_try(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2539 {
2540         u_int count;
2541
2542         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 0, PV_HOLD_LOCKED | 1)) {
2543 #ifdef PMAP_DEBUG
2544                 pv->pv_func = func;
2545                 pv->pv_line = lineno;
2546 #endif
2547                 return TRUE;
2548         }
2549
2550         for (;;) {
2551                 count = pv->pv_hold;
2552                 cpu_ccfence();
2553                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2554                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2555                                               (count + 1) | PV_HOLD_LOCKED)) {
2556 #ifdef PMAP_DEBUG
2557                                 pv->pv_func = func;
2558                                 pv->pv_line = lineno;
2559 #endif
2560                                 return TRUE;
2561                         }
2562                 } else {
2563                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count + 1))
2564                                 return FALSE;
2565                 }
2566                 /* retry */
2567         }
2568 }
2569
2570 /*
2571  * Drop a previously held pv_entry which could not be locked, allowing its
2572  * destruction.
2573  *
2574  * Must not be called with a spinlock held as we might zfree() the pv if it
2575  * is no longer associated with a pmap and this was the last hold count.
2576  */
2577 static void
2578 pv_drop(pv_entry_t pv)
2579 {
2580         u_int count;
2581
2582         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, 1, 0)) {
2583                 if (pv->pv_pmap == NULL)
2584                         zfree(pvzone, pv);
2585                 return;
2586         }
2587
2588         for (;;) {
2589                 count = pv->pv_hold;
2590                 cpu_ccfence();
2591                 KKASSERT((count & PV_HOLD_MASK) > 0);
2592                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_MASK)) !=
2593                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2594                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count, count - 1)) {
2595                         if (count == 1 && pv->pv_pmap == NULL)
2596                                 zfree(pvzone, pv);
2597                         return;
2598                 }
2599                 /* retry */
2600         }
2601 }
2602
2603 /*
2604  * Find or allocate the requested PV entry, returning a locked pv
2605  */
2606 static
2607 pv_entry_t
2608 _pv_alloc(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *isnew PMAP_DEBUG_DECL)
2609 {
2610         pv_entry_t pv;
2611         pv_entry_t pnew = NULL;
2612
2613         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2614         for (;;) {
2615                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2616                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2617                                                         pindex);
2618                 }
2619                 if (pv == NULL) {
2620                         if (pnew == NULL) {
2621                                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2622                                 pnew = zalloc(pvzone);
2623                                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2624                                 continue;
2625                         }
2626                         pnew->pv_pmap = pmap;
2627                         pnew->pv_pindex = pindex;
2628                         pnew->pv_hold = PV_HOLD_LOCKED | 1;
2629 #ifdef PMAP_DEBUG
2630                         pnew->pv_func = func;
2631                         pnew->pv_line = lineno;
2632 #endif
2633                         pv_entry_rb_tree_RB_INSERT(&pmap->pm_pvroot, pnew);
2634                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, 1);
2635                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2636                         *isnew = 1;
2637                         return(pnew);
2638                 }
2639                 if (pnew) {
2640                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2641                         zfree(pvzone, pnew);
2642                         pnew = NULL;
2643                         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2644                         continue;
2645                 }
2646                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2647                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2648                         *isnew = 0;
2649                         return(pv);
2650                 }
2651                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2652                 _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2653                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex) {
2654                         *isnew = 0;
2655                         return(pv);
2656                 }
2657                 pv_put(pv);
2658                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2659         }
2660
2661
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Find the requested PV entry, returning a locked+held pv or NULL
2666  */
2667 static
2668 pv_entry_t
2669 _pv_get(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex PMAP_DEBUG_DECL)
2670 {
2671         pv_entry_t pv;
2672
2673         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2674         for (;;) {
2675                 /*
2676                  * Shortcut cache
2677                  */
2678                 if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex) {
2679                         pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot,
2680                                                         pindex);
2681                 }
2682                 if (pv == NULL) {
2683                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2684                         return NULL;
2685                 }
2686                 if (_pv_hold_try(pv PMAP_DEBUG_COPY)) {
2687                         pv_cache(pv, pindex);
2688                         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2689                         return(pv);
2690                 }
2691                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2692                 _pv_lock(pv PMAP_DEBUG_COPY);
2693                 if (pv->pv_pmap == pmap && pv->pv_pindex == pindex)
2694                         return(pv);
2695                 pv_put(pv);
2696                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2697         }
2698 }
2699
2700 /*
2701  * Lookup, hold, and attempt to lock (pmap,pindex).
2702  *
2703  * If the entry does not exist NULL is returned and *errorp is set to 0
2704  *
2705  * If the entry exists and could be successfully locked it is returned and
2706  * errorp is set to 0.
2707  *
2708  * If the entry exists but could NOT be successfully locked it is returned
2709  * held and *errorp is set to 1.
2710  */
2711 static
2712 pv_entry_t
2713 pv_get_try(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex, int *errorp)
2714 {
2715         pv_entry_t pv;
2716
2717         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2718         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2719                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2720         if (pv == NULL) {
2721                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2722                 *errorp = 0;
2723                 return NULL;
2724         }
2725         if (pv_hold_try(pv)) {
2726                 pv_cache(pv, pindex);
2727                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2728                 *errorp = 0;
2729                 return(pv);     /* lock succeeded */
2730         }
2731         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2732         *errorp = 1;
2733         return (pv);            /* lock failed */
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Find the requested PV entry, returning a held pv or NULL
2738  */
2739 static
2740 pv_entry_t
2741 pv_find(pmap_t pmap, vm_pindex_t pindex)
2742 {
2743         pv_entry_t pv;
2744
2745         spin_lock(&pmap->pm_spin);
2746
2747         if ((pv = pmap->pm_pvhint) == NULL || pv->pv_pindex != pindex)
2748                 pv = pv_entry_rb_tree_RB_LOOKUP(&pmap->pm_pvroot, pindex);
2749         if (pv == NULL) {
2750                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2751                 return NULL;
2752         }
2753         pv_hold(pv);
2754         pv_cache(pv, pindex);
2755         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2756         return(pv);
2757 }
2758
2759 /*
2760  * Lock a held pv, keeping the hold count
2761  */
2762 static
2763 void
2764 _pv_lock(pv_entry_t pv PMAP_DEBUG_DECL)
2765 {
2766         u_int count;
2767
2768         for (;;) {
2769                 count = pv->pv_hold;
2770                 cpu_ccfence();
2771                 if ((count & PV_HOLD_LOCKED) == 0) {
2772                         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2773                                               count | PV_HOLD_LOCKED)) {
2774 #ifdef PMAP_DEBUG
2775                                 pv->pv_func = func;
2776                                 pv->pv_line = lineno;
2777 #endif
2778                                 return;
2779                         }
2780                         continue;
2781                 }
2782                 tsleep_interlock(pv, 0);
2783                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2784                                       count | PV_HOLD_WAITING)) {
2785 #ifdef PMAP_DEBUG
2786                         kprintf("pv waiting on %s:%d\n",
2787                                         pv->pv_func, pv->pv_line);
2788 #endif
2789                         tsleep(pv, PINTERLOCKED, "pvwait", hz);
2790                 }
2791                 /* retry */
2792         }
2793 }
2794
2795 /*
2796  * Unlock a held and locked pv, keeping the hold count.
2797  */
2798 static
2799 void
2800 pv_unlock(pv_entry_t pv)
2801 {
2802         u_int count;
2803
2804         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 1, 1))
2805                 return;
2806
2807         for (;;) {
2808                 count = pv->pv_hold;
2809                 cpu_ccfence();
2810                 KKASSERT((count & (PV_HOLD_LOCKED|PV_HOLD_MASK)) >=
2811                          (PV_HOLD_LOCKED | 1));
2812                 if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, count,
2813                                       count &
2814                                       ~(PV_HOLD_LOCKED | PV_HOLD_WAITING))) {
2815                         if (count & PV_HOLD_WAITING)
2816                                 wakeup(pv);
2817                         break;
2818                 }
2819         }
2820 }
2821
2822 /*
2823  * Unlock and drop a pv.  If the pv is no longer associated with a pmap
2824  * and the hold count drops to zero we will free it.
2825  *
2826  * Caller should not hold any spin locks.  We are protected from hold races
2827  * by virtue of holds only occuring only with a pmap_spin or vm_page_spin
2828  * lock held.  A pv cannot be located otherwise.
2829  */
2830 static
2831 void
2832 pv_put(pv_entry_t pv)
2833 {
2834         if (atomic_cmpset_int(&pv->pv_hold, PV_HOLD_LOCKED | 1, 0)) {
2835                 if (pv->pv_pmap == NULL)
2836                         zfree(pvzone, pv);
2837                 return;
2838         }
2839         pv_unlock(pv);
2840         pv_drop(pv);
2841 }
2842
2843 /*
2844  * Unlock, drop, and free a pv, destroying it.  The pv is removed from its
2845  * pmap.  Any pte operations must have already been completed.
2846  */
2847 static
2848 void
2849 pv_free(pv_entry_t pv)
2850 {
2851         pmap_t pmap;
2852
2853         KKASSERT(pv->pv_m == NULL);
2854         if ((pmap = pv->pv_pmap) != NULL) {
2855                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
2856                 pv_entry_rb_tree_RB_REMOVE(&pmap->pm_pvroot, pv);
2857                 if (pmap->pm_pvhint == pv)
2858                         pmap->pm_pvhint = NULL;
2859                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
2860                 pv->pv_pmap = NULL;
2861                 pv->pv_pindex = 0;
2862                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
2863         }
2864         pv_put(pv);
2865 }
2866
2867 /*
2868  * This routine is very drastic, but can save the system
2869  * in a pinch.
2870  */
2871 void
2872 pmap_collect(void)
2873 {
2874         int i;
2875         vm_page_t m;
2876         static int warningdone=0;
2877
2878         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
2879                 return;
2880         pmap_pagedaemon_waken = 0;
2881         if (warningdone < 5) {
2882                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- "
2883                         "suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
2884                 warningdone++;
2885         }
2886
2887         for (i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
2888                 m = &vm_page_array[i];
2889                 if (m->wire_count || m->hold_count)
2890                         continue;
2891                 if (vm_page_busy_try(m, TRUE) == 0) {
2892                         if (m->wire_count == 0 && m->hold_count == 0) {
2893                                 pmap_remove_all(m);
2894                         }
2895                         vm_page_wakeup(m);
2896                 }
2897         }
2898 }
2899
2900 /*
2901  * Scan the pmap for active page table entries and issue a callback.
2902  * The callback must dispose of pte_pv, whos PTE entry is at *ptep in
2903  * its parent page table.
2904  *
2905  * pte_pv will be NULL if the page or page table is unmanaged.
2906  * pt_pv will point to the page table page containing the pte for the page.
2907  *
2908  * NOTE! If we come across an unmanaged page TABLE (verses an unmanaged page),
2909  *       we pass a NULL pte_pv and we pass a pt_pv pointing to the passed
2910  *       process pmap's PD and page to the callback function.  This can be
2911  *       confusing because the pt_pv is really a pd_pv, and the target page
2912  *       table page is simply aliased by the pmap and not owned by it.
2913  *
2914  * It is assumed that the start and end are properly rounded to the page size.
2915  *
2916  * It is assumed that PD pages and above are managed and thus in the RB tree,
2917  * allowing us to use RB_SCAN from the PD pages down for ranged scans.
2918  */
2919 struct pmap_scan_info {
2920         struct pmap *pmap;
2921         vm_offset_t sva;
2922         vm_offset_t eva;
2923         vm_pindex_t sva_pd_pindex;
2924         vm_pindex_t eva_pd_pindex;
2925         void (*func)(pmap_t, struct pmap_scan_info *,
2926                      pv_entry_t, pv_entry_t, int, vm_offset_t,
2927                      pt_entry_t *, void *);
2928         void *arg;
2929         int doinval;
2930         struct pmap_inval_info inval;
2931 };
2932
2933 static int pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data);
2934 static int pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data);
2935
2936 static void
2937 pmap_scan(struct pmap_scan_info *info)
2938 {
2939         struct pmap *pmap = info->pmap;
2940         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
2941         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
2942         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
2943         pt_entry_t *ptep;
2944         struct pv_entry dummy_pv;
2945
2946         if (pmap == NULL)
2947                 return;
2948
2949         /*
2950          * Hold the token for stability; if the pmap is empty we have nothing
2951          * to do.
2952          */
2953         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
2954 #if 0
2955         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2956                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
2957                 return;
2958         }
2959 #endif
2960
2961         pmap_inval_init(&info->inval);
2962
2963         /*
2964          * Special handling for scanning one page, which is a very common
2965          * operation (it is?).
2966          *
2967          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4
2968          */
2969         if (info->sva + PAGE_SIZE == info->eva) {
2970                 if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2971                         /*
2972                          * Kernel mappings do not track wire counts on
2973                          * page table pages and only maintain pd_pv and
2974                          * pte_pv levels so pmap_scan() works.
2975                          */
2976                         pt_pv = NULL;
2977                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
2978                         ptep = vtopte(info->sva);
2979                 } else {
2980                         /*
2981                          * User pages which are unmanaged will not have a
2982                          * pte_pv.  User page table pages which are unmanaged
2983                          * (shared from elsewhere) will also not have a pt_pv.
2984                          * The func() callback will pass both pte_pv and pt_pv
2985                          * as NULL in that case.
2986                          */
2987                         pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(info->sva));
2988                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(info->sva));
2989                         if (pt_pv == NULL) {
2990                                 KKASSERT(pte_pv == NULL);
2991                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(info->sva));
2992                                 if (pd_pv) {
2993                                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv,
2994                                                     pmap_pt_index(info->sva));
2995                                         if (*ptep) {
2996                                                 info->func(pmap, info,
2997                                                      NULL, pd_pv, 1,
2998                                                      info->sva, ptep,
2999                                                      info->arg);
3000                                         }
3001                                         pv_put(pd_pv);
3002                                 }
3003                                 goto fast_skip;
3004                         }
3005                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(info->sva));
3006                 }
3007                 if (*ptep == 0) {
3008                         /*
3009                          * Unlike the pv_find() case below we actually
3010                          * acquired a locked pv in this case so any
3011                          * race should have been resolved.  It is expected
3012                          * to not exist.
3013                          */
3014                         KKASSERT(pte_pv == NULL);
3015                 } else if (pte_pv) {
3016                         KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) == (PG_MANAGED|
3017                                                                 PG_V),
3018                                 ("bad *ptep %016lx sva %016lx pte_pv %p",
3019                                 *ptep, info->sva, pte_pv));
3020                         info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3021                                    info->sva, ptep, info->arg);
3022                 } else {
3023                         KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) == PG_V,
3024                                 ("bad *ptep %016lx sva %016lx pte_pv NULL",
3025                                 *ptep, info->sva));
3026                         info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3027                                    info->sva, ptep, info->arg);
3028                 }
3029                 if (pt_pv)
3030                         pv_put(pt_pv);
3031 fast_skip:
3032                 pmap_inval_done(&info->inval);
3033                 lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3034                 return;
3035         }
3036
3037         /*
3038          * Nominal scan case, RB_SCAN() for PD pages and iterate from
3039          * there.
3040          */
3041         info->sva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->sva);
3042         info->eva_pd_pindex = pmap_pd_pindex(info->eva + NBPDP - 1);
3043
3044         if (info->sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3045                 /*
3046                  * The kernel does not currently maintain any pv_entry's for
3047                  * higher-level page tables.
3048                  */
3049                 bzero(&dummy_pv, sizeof(dummy_pv));
3050                 dummy_pv.pv_pindex = info->sva_pd_pindex;
3051                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3052                 while (dummy_pv.pv_pindex < info->eva_pd_pindex) {
3053                         pmap_scan_callback(&dummy_pv, info);
3054                         ++dummy_pv.pv_pindex;
3055                 }
3056                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3057         } else {
3058                 /*
3059                  * User page tables maintain local PML4, PDP, and PD
3060                  * pv_entry's at the very least.  PT pv's might be
3061                  * unmanaged and thus not exist.  PTE pv's might be
3062                  * unmanaged and thus not exist.
3063                  */
3064                 spin_lock(&pmap->pm_spin);
3065                 pv_entry_rb_tree_RB_SCAN(&pmap->pm_pvroot,
3066                         pmap_scan_cmp, pmap_scan_callback, info);
3067                 spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3068         }
3069         pmap_inval_done(&info->inval);
3070         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
3071 }
3072
3073 /*
3074  * WARNING! pmap->pm_spin held
3075  */
3076 static int
3077 pmap_scan_cmp(pv_entry_t pv, void *data)
3078 {
3079         struct pmap_scan_info *info = data;
3080         if (pv->pv_pindex < info->sva_pd_pindex)
3081                 return(-1);
3082         if (pv->pv_pindex >= info->eva_pd_pindex)
3083                 return(1);
3084         return(0);
3085 }
3086
3087 /*
3088  * WARNING! pmap->pm_spin held
3089  */
3090 static int
3091 pmap_scan_callback(pv_entry_t pv, void *data)
3092 {
3093         struct pmap_scan_info *info = data;
3094         struct pmap *pmap = info->pmap;
3095         pv_entry_t pd_pv;       /* A page directory PV */
3096         pv_entry_t pt_pv;       /* A page table PV */
3097         pv_entry_t pte_pv;      /* A page table entry PV */
3098         pt_entry_t *ptep;
3099         vm_offset_t sva;
3100         vm_offset_t eva;
3101         vm_offset_t va_next;
3102         vm_pindex_t pd_pindex;
3103         int error;
3104
3105         /*
3106          * Pull the PD pindex from the pv before releasing the spinlock.
3107          *
3108          * WARNING: pv is faked for kernel pmap scans.
3109          */
3110         pd_pindex = pv->pv_pindex;
3111         spin_unlock(&pmap->pm_spin);
3112         pv = NULL;      /* invalid after spinlock unlocked */
3113
3114         /*
3115          * Calculate the page range within the PD.  SIMPLE pmaps are
3116          * direct-mapped for the entire 2^64 address space.  Normal pmaps
3117          * reflect the user and kernel address space which requires
3118          * cannonicalization w/regards to converting pd_pindex's back
3119          * into addresses.
3120          */
3121         sva = (pd_pindex - NUPTE_TOTAL - NUPT_TOTAL) << PDPSHIFT;
3122         if ((pmap->pm_flags & PMAP_FLAG_SIMPLE) == 0 &&
3123             (sva & PML4_SIGNMASK)) {
3124                 sva |= PML4_SIGNMASK;
3125         }
3126         eva = sva + NBPDP;      /* can overflow */
3127         if (sva < info->sva)
3128                 sva = info->sva;
3129         if (eva < info->sva || eva > info->eva)
3130                 eva = info->eva;
3131
3132         /*
3133          * NOTE: kernel mappings do not track page table pages, only
3134          *       terminal pages.
3135          *
3136          * NOTE: Locks must be ordered bottom-up. pte,pt,pd,pdp,pml4.
3137          *       However, for the scan to be efficient we try to
3138          *       cache items top-down.
3139          */
3140         pd_pv = NULL;
3141         pt_pv = NULL;
3142
3143         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3144                 if (sva >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3145                         if (pt_pv) {
3146                                 pv_put(pt_pv);
3147                                 pt_pv = NULL;
3148                         }
3149                         goto kernel_skip;
3150                 }
3151
3152                 /*
3153                  * PD cache (degenerate case if we skip).  It is possible
3154                  * for the PD to not exist due to races.  This is ok.
3155                  */
3156                 if (pd_pv == NULL) {
3157                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3158                 } else if (pd_pv->pv_pindex != pmap_pd_pindex(sva)) {
3159                         pv_put(pd_pv);
3160                         pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3161                 }
3162                 if (pd_pv == NULL) {
3163                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3164                         if (va_next < sva)
3165                                 va_next = eva;
3166                         continue;
3167                 }
3168
3169                 /*
3170                  * PT cache
3171                  */
3172                 if (pt_pv == NULL) {
3173                         if (pd_pv) {
3174                                 pv_put(pd_pv);
3175                                 pd_pv = NULL;
3176                         }
3177                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3178                 } else if (pt_pv->pv_pindex != pmap_pt_pindex(sva)) {
3179                         if (pd_pv) {
3180                                 pv_put(pd_pv);
3181                                 pd_pv = NULL;
3182                         }
3183                         pv_put(pt_pv);
3184                         pt_pv = pv_get(pmap, pmap_pt_pindex(sva));
3185                 }
3186
3187                 /*
3188                  * If pt_pv is NULL we either have an shared page table
3189                  * page and must issue a callback specific to that case,
3190                  * or there is no page table page.
3191                  *
3192                  * Either way we can skip the page table page.
3193                  */
3194                 if (pt_pv == NULL) {
3195                         /*
3196                          * Possible unmanaged (shared from another pmap)
3197                          * page table page.
3198                          */
3199                         if (pd_pv == NULL)
3200                                 pd_pv = pv_get(pmap, pmap_pd_pindex(sva));
3201                         KKASSERT(pd_pv != NULL);
3202                         ptep = pv_pte_lookup(pd_pv, pmap_pt_index(sva));
3203                         if (*ptep & PG_V) {
3204                                 info->func(pmap, info, NULL, pd_pv, 1,
3205                                            sva, ptep, info->arg);
3206                         }
3207
3208                         /*
3209                          * Done, move to next page table page.
3210                          */
3211                         va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3212                         if (va_next < sva)
3213                                 va_next = eva;
3214                         continue;
3215                 }
3216
3217                 /*
3218                  * From this point in the loop testing pt_pv for non-NULL
3219                  * means we are in UVM, else if it is NULL we are in KVM.
3220                  *
3221                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3222                  * by the current page table page, or to the end of the
3223                  * range being removed.
3224                  */
3225 kernel_skip:
3226                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3227                 if (va_next < sva)
3228                         va_next = eva;
3229                 if (va_next > eva)
3230                         va_next = eva;
3231
3232                 /*
3233                  * Scan the page table for pages.  Some pages may not be
3234                  * managed (might not have a pv_entry).
3235                  *
3236                  * There is no page table management for kernel pages so
3237                  * pt_pv will be NULL in that case, but otherwise pt_pv
3238                  * is non-NULL, locked, and referenced.
3239                  */
3240
3241                 /*
3242                  * At this point a non-NULL pt_pv means a UVA, and a NULL
3243                  * pt_pv means a KVA.
3244                  */
3245                 if (pt_pv)
3246                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(sva));
3247                 else
3248                         ptep = vtopte(sva);
3249
3250                 while (sva < va_next) {
3251                         /*
3252                          * Acquire the related pte_pv, if any.  If *ptep == 0
3253                          * the related pte_pv should not exist, but if *ptep
3254                          * is not zero the pte_pv may or may not exist (e.g.
3255                          * will not exist for an unmanaged page).
3256                          *
3257                          * However a multitude of races are possible here.
3258                          *
3259                          * In addition, the (pt_pv, pte_pv) lock order is
3260                          * backwards, so we have to be careful in aquiring
3261                          * a properly locked pte_pv.
3262                          */
3263                         if (pt_pv) {
3264                                 pte_pv = pv_get_try(pmap, pmap_pte_pindex(sva),
3265                                                     &error);
3266                                 if (error) {
3267                                         if (pd_pv) {
3268                                                 pv_put(pd_pv);
3269                                                 pd_pv = NULL;
3270                                         }
3271                                         pv_put(pt_pv);   /* must be non-NULL */
3272                                         pt_pv = NULL;
3273                                         pv_lock(pte_pv); /* safe to block now */
3274                                         pv_put(pte_pv);
3275                                         pte_pv = NULL;
3276                                         pt_pv = pv_get(pmap,
3277                                                        pmap_pt_pindex(sva));
3278                                         /*
3279                                          * pt_pv reloaded, need new ptep
3280                                          */
3281                                         KKASSERT(pt_pv != NULL);
3282                                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv,
3283                                                         pmap_pte_index(sva));
3284                                         continue;
3285                                 }
3286                         } else {
3287                                 pte_pv = pv_get(pmap, pmap_pte_pindex(sva));
3288                         }
3289
3290                         /*
3291                          * Ok, if *ptep == 0 we had better NOT have a pte_pv.
3292                          */
3293                         if (*ptep == 0) {
3294                                 if (pte_pv) {
3295                                         kprintf("Unexpected non-NULL pte_pv "
3296                                                 "%p pt_pv %p *ptep = %016lx\n",
3297                                                 pte_pv, pt_pv, *ptep);
3298                                         panic("Unexpected non-NULL pte_pv");
3299                                 }
3300                                 sva += PAGE_SIZE;
3301                                 ++ptep;
3302                                 continue;
3303                         }
3304
3305                         /*
3306                          * Ready for the callback.  The locked pte_pv (if any)
3307                          * is consumed by the callback.  pte_pv will exist if
3308                          *  the page is managed, and will not exist if it
3309                          * isn't.
3310                          */
3311                         if (pte_pv) {
3312                                 KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
3313                                          (PG_MANAGED|PG_V),
3314                                         ("bad *ptep %016lx sva %016lx "
3315                                          "pte_pv %p",
3316                                          *ptep, sva, pte_pv));
3317                                 info->func(pmap, info, pte_pv, pt_pv, 0,
3318                                            sva, ptep, info->arg);
3319                         } else {
3320                                 KASSERT((*ptep & (PG_MANAGED|PG_V)) ==
3321                                          PG_V,
3322                                         ("bad *ptep %016lx sva %016lx "
3323                                          "pte_pv NULL",
3324                                          *ptep, sva));
3325                                 info->func(pmap, info, NULL, pt_pv, 0,
3326                                            sva, ptep, info->arg);
3327                         }
3328                         pte_pv = NULL;
3329                         sva += PAGE_SIZE;
3330                         ++ptep;
3331                 }
3332                 lwkt_yield();
3333         }
3334         if (pd_pv) {
3335                 pv_put(pd_pv);
3336                 pd_pv = NULL;
3337         }
3338         if (pt_pv) {
3339                 pv_put(pt_pv);
3340                 pt_pv = NULL;
3341         }
3342         lwkt_yield();
3343
3344         /*
3345          * Relock before returning.
3346          */
3347         spin_lock(&pmap->pm_spin);
3348         return (0);
3349 }
3350
3351 void
3352 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3353 {
3354         struct pmap_scan_info info;
3355
3356         info.pmap = pmap;
3357         info.sva = sva;
3358         info.eva = eva;
3359         info.func = pmap_remove_callback;
3360         info.arg = NULL;
3361         info.doinval = 1;       /* normal remove requires pmap inval */
3362         pmap_scan(&info);
3363 }
3364
3365 static void
3366 pmap_remove_noinval(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3367 {
3368         struct pmap_scan_info info;
3369
3370         info.pmap = pmap;
3371         info.sva = sva;
3372         info.eva = eva;
3373         info.func = pmap_remove_callback;
3374         info.arg = NULL;
3375         info.doinval = 0;       /* normal remove requires pmap inval */
3376         pmap_scan(&info);
3377 }
3378
3379 static void
3380 pmap_remove_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3381                      pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3382                      vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3383 {
3384         pt_entry_t pte;
3385
3386         if (pte_pv) {
3387                 /*
3388                  * This will also drop pt_pv's wire_count. Note that
3389                  * terminal pages are not wired based on mmu presence.
3390                  */
3391                 if (info->doinval)
3392                         pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, &info->inval);
3393                 else
3394                         pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, NULL);
3395                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
3396                 pv_free(pte_pv);
3397         } else if (sharept == 0) {
3398                 /*
3399                  * Unmanaged page
3400                  *
3401                  * pt_pv's wire_count is still bumped by unmanaged pages
3402                  * so we must decrement it manually.
3403                  */
3404                 if (info->doinval)
3405                         pmap_inval_interlock(&info->inval, pmap, va);
3406                 pte = pte_load_clear(ptep);
3407                 if (info->doinval)
3408                         pmap_inval_deinterlock(&info->inval, pmap);
3409                 if (pte & PG_W)
3410                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, -1);
3411                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3412                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3413                         panic("pmap_remove: insufficient wirecount");
3414         } else {
3415                 /*
3416                  * Unmanaged page table, pt_pv is actually the pd_pv
3417                  * for our pmap (not the share object pmap).
3418                  *
3419                  * We have to unwire the target page table page and we
3420                  * have to unwire our page directory page.
3421                  */
3422                 if (info->doinval)
3423                         pmap_inval_interlock(&info->inval, pmap, va);
3424                 pte = pte_load_clear(ptep);
3425                 if (info->doinval)
3426                         pmap_inval_deinterlock(&info->inval, pmap);
3427                 atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3428                 KKASSERT((pte & PG_DEVICE) == 0);
3429                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3430                         panic("pmap_remove: shared pgtable1 bad wirecount");
3431                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3432                         panic("pmap_remove: shared pgtable2 bad wirecount");
3433         }
3434 }
3435
3436 /*
3437  * Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
3438  * Reflects back modify bits to the pager.
3439  *
3440  * This routine may not be called from an interrupt.
3441  */
3442 static
3443 void
3444 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3445 {
3446         struct pmap_inval_info info;
3447         pv_entry_t pv;
3448
3449         if (!pmap_initialized /* || (m->flags & PG_FICTITIOUS)*/)
3450                 return;
3451
3452         pmap_inval_init(&info);
3453         vm_page_spin_lock(m);
3454         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3455                 KKASSERT(pv->pv_m == m);
3456                 if (pv_hold_try(pv)) {
3457                         vm_page_spin_unlock(m);
3458                 } else {
3459                         vm_page_spin_unlock(m);
3460                         pv_lock(pv);
3461                         if (pv->pv_m != m) {
3462                                 pv_put(pv);
3463                                 vm_page_spin_lock(m);
3464                                 continue;
3465                         }
3466                 }
3467                 /*
3468                  * Holding no spinlocks, pv is locked.
3469                  */
3470                 pmap_remove_pv_pte(pv, NULL, &info);
3471                 pmap_remove_pv_page(pv);
3472                 pv_free(pv);
3473                 vm_page_spin_lock(m);
3474         }
3475         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
3476         vm_page_spin_unlock(m);
3477         pmap_inval_done(&info);
3478 }
3479
3480 /*
3481  * Set the physical protection on the specified range of this map
3482  * as requested.  This function is typically only used for debug watchpoints
3483  * and COW pages.
3484  *
3485  * This function may not be called from an interrupt if the map is
3486  * not the kernel_pmap.
3487  *
3488  * NOTE!  For shared page table pages we just unmap the page.
3489  */
3490 void
3491 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3492 {
3493         struct pmap_scan_info info;
3494         /* JG review for NX */
3495
3496         if (pmap == NULL)
3497                 return;
3498         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3499                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3500                 return;
3501         }
3502         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3503                 return;
3504         info.pmap = pmap;
3505         info.sva = sva;
3506         info.eva = eva;
3507         info.func = pmap_protect_callback;
3508         info.arg = &prot;
3509         info.doinval = 1;
3510         pmap_scan(&info);
3511 }
3512
3513 static
3514 void
3515 pmap_protect_callback(pmap_t pmap, struct pmap_scan_info *info,
3516                       pv_entry_t pte_pv, pv_entry_t pt_pv, int sharept,
3517                       vm_offset_t va, pt_entry_t *ptep, void *arg __unused)
3518 {
3519         pt_entry_t pbits;
3520         pt_entry_t cbits;
3521         pt_entry_t pte;
3522         vm_page_t m;
3523
3524         /*
3525          * XXX non-optimal.
3526          */
3527         pmap_inval_interlock(&info->inval, pmap, va);
3528 again:
3529         pbits = *ptep;
3530         cbits = pbits;
3531         if (pte_pv) {
3532                 m = NULL;
3533                 if (pbits & PG_A) {
3534                         if ((pbits & PG_DEVICE) == 0) {
3535                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3536                                 KKASSERT(m == pte_pv->pv_m);
3537                                 vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3538                         }
3539                         cbits &= ~PG_A;
3540                 }
3541                 if (pbits & PG_M) {
3542                         if (pmap_track_modified(pte_pv->pv_pindex)) {
3543                                 if ((pbits & PG_DEVICE) == 0) {
3544                                         if (m == NULL) {
3545                                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits &
3546                                                                     PG_FRAME);
3547                                         }
3548                                         vm_page_dirty(m);
3549                                 }
3550                                 cbits &= ~PG_M;
3551                         }
3552                 }
3553         } else if (sharept) {
3554                 /*
3555                  * Unmanaged page table, pt_pv is actually the pd_pv
3556                  * for our pmap (not the share object pmap).
3557                  *
3558                  * When asked to protect something in a shared page table
3559                  * page we just unmap the page table page.  We have to
3560                  * invalidate the tlb in this situation.
3561                  *
3562                  * XXX Warning, shared page tables will not be used for
3563                  * OBJT_DEVICE or OBJT_MGTDEVICE (PG_FICTITIOUS) mappings
3564                  * so PHYS_TO_VM_PAGE() should be safe here.
3565                  */
3566                 pte = pte_load_clear(ptep);
3567                 pmap_inval_invltlb(&info->inval);
3568                 if (vm_page_unwire_quick(PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME)))
3569                         panic("pmap_protect: pgtable1 pg bad wirecount");
3570                 if (vm_page_unwire_quick(pt_pv->pv_m))
3571                         panic("pmap_protect: pgtable2 pg bad wirecount");
3572                 ptep = NULL;
3573         }
3574         /* else unmanaged page, adjust bits, no wire changes */
3575
3576         if (ptep) {
3577                 cbits &= ~PG_RW;
3578                 if (pbits != cbits && !atomic_cmpset_long(ptep, pbits, cbits)) {
3579                         goto again;
3580                 }
3581         }
3582         pmap_inval_deinterlock(&info->inval, pmap);
3583         if (pte_pv)
3584                 pv_put(pte_pv);
3585 }
3586
3587 /*
3588  * Insert the vm_page (m) at the virtual address (va), replacing any prior
3589  * mapping at that address.  Set protection and wiring as requested.
3590  *
3591  * If entry is non-NULL we check to see if the SEG_SIZE optimization is
3592  * possible.  If it is we enter the page into the appropriate shared pmap
3593  * hanging off the related VM object instead of the passed pmap, then we
3594  * share the page table page from the VM object's pmap into the current pmap.
3595  *
3596  * NOTE: This routine MUST insert the page into the pmap now, it cannot
3597  *       lazy-evaluate.
3598  */
3599 void
3600 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3601            boolean_t wired, vm_map_entry_t entry)
3602 {
3603         pmap_inval_info info;
3604         pv_entry_t pt_pv;       /* page table */
3605         pv_entry_t pte_pv;      /* page table entry */
3606         pt_entry_t *ptep;
3607         vm_paddr_t opa;
3608         pt_entry_t origpte, newpte;
3609         vm_paddr_t pa;
3610
3611         if (pmap == NULL)
3612                 return;
3613         va = trunc_page(va);
3614 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
3615         if (va >= KvaEnd)
3616                 panic("pmap_enter: toobig");
3617         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
3618                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table "
3619                       "pages (va: 0x%lx)", va);
3620 #endif
3621         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
3622                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with "
3623                         "kernel_pmap\n");
3624 #ifdef DDB
3625                 db_print_backtrace();
3626 #endif
3627         }
3628         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
3629                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without"
3630                         "kernel_pmap\n");
3631 #ifdef DDB
3632                 db_print_backtrace();
3633 #endif
3634         }
3635
3636         /*
3637          * Get locked PV entries for our new page table entry (pte_pv)
3638          * and for its parent page table (pt_pv).  We need the parent
3639          * so we can resolve the location of the ptep.
3640          *
3641          * Only hardware MMU actions can modify the ptep out from
3642          * under us.
3643          *
3644          * if (m) is fictitious or unmanaged we do not create a managing
3645          * pte_pv for it.  Any pre-existing page's management state must
3646          * match (avoiding code complexity).
3647          *
3648          * If the pmap is still being initialized we assume existing
3649          * page tables.
3650          *
3651          * Kernel mapppings do not track page table pages (i.e. pt_pv).
3652          * pmap_allocpte() checks the
3653          */
3654         if (pmap_initialized == FALSE) {
3655                 pte_pv = NULL;
3656                 pt_pv = NULL;
3657                 ptep = vtopte(va);
3658         } else if (m->flags & (/*PG_FICTITIOUS |*/ PG_UNMANAGED)) { /* XXX */
3659                 pte_pv = NULL;
3660                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3661                         pt_pv = NULL;
3662                         ptep = vtopte(va);
3663                 } else {
3664                         pt_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va),
3665                                                   NULL, entry, va);
3666                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
3667                 }
3668                 KKASSERT(*ptep == 0 || (*ptep & PG_MANAGED) == 0);
3669         } else {
3670                 if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS) {
3671                         /*
3672                          * Kernel map, pv_entry-tracked.
3673                          */
3674                         pt_pv = NULL;
3675                         pte_pv = pmap_allocpte(pmap, pmap_pte_pindex(va), NULL);
3676                         ptep = vtopte(va);
3677                 } else {
3678                         /*
3679                          * User map
3680                          */
3681                         pte_pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pte_pindex(va),
3682                                                    &pt_pv, entry, va);
3683                         ptep = pv_pte_lookup(pt_pv, pmap_pte_index(va));
3684                 }
3685                 KKASSERT(*ptep == 0 || (*ptep & PG_MANAGED));
3686         }
3687
3688         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3689         origpte = *ptep;
3690         opa = origpte & PG_FRAME;
3691
3692         newpte = (pt_entry_t)(pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V | PG_A);
3693         if (wired)
3694                 newpte |= PG_W;
3695         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3696                 newpte |= PG_U;
3697         if (pte_pv)
3698                 newpte |= PG_MANAGED;
3699         if (pmap == &kernel_pmap)
3700                 newpte |= pgeflag;
3701         newpte |= pat_pte_index[m->pat_mode];
3702         if (m->flags & PG_FICTITIOUS)
3703                 newpte |= PG_DEVICE;
3704
3705         /*
3706          * It is possible for multiple faults to occur in threaded
3707          * environments, the existing pte might be correct.
3708          */
3709         if (((origpte ^ newpte) & ~(pt_entry_t)(PG_M|PG_A)) == 0)
3710                 goto done;
3711
3712         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0)
3713                 pmap_inval_init(&info);
3714
3715         /*
3716          * Ok, either the address changed or the protection or wiring
3717          * changed.
3718          *
3719          * Clear the current entry, interlocking the removal.  For managed
3720          * pte's this will also flush the modified state to the vm_page.
3721          * Atomic ops are mandatory in order to ensure that PG_M events are
3722          * not lost during any transition.
3723          */
3724         if (opa) {
3725                 if (pte_pv) {
3726                         /*
3727                          * pmap_remove_pv_pte() unwires pt_pv and assumes
3728                          * we will free pte_pv, but since we are reusing
3729                          * pte_pv we want to retain the wire count.
3730                          *
3731                          * pt_pv won't exist for a kernel page (managed or
3732                          * otherwise).
3733                          */
3734                         if (pt_pv)
3735                                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
3736                         if (prot & VM_PROT_NOSYNC)
3737                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, NULL);
3738                         else
3739                                 pmap_remove_pv_pte(pte_pv, pt_pv, &info);
3740                         if (pte_pv->pv_m)
3741                                 pmap_remove_pv_page(pte_pv);
3742                 } else if (prot & VM_PROT_NOSYNC) {
3743                         /*
3744                          * Unmanaged page, NOSYNC (no mmu sync) requested.
3745                          *
3746                          * Leave wire count on PT page intact.
3747                          */
3748                         (void)pte_load_clear(ptep);
3749                         cpu_invlpg((void *)va);
3750                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3751                 } else {
3752                         /*
3753                          * Unmanaged page, normal enter.
3754                          *
3755                          * Leave wire count on PT page intact.
3756                          */
3757                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
3758                         (void)pte_load_clear(ptep);
3759                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3760                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.resident_count, -1);
3761                 }
3762                 KKASSERT(*ptep == 0);
3763         }
3764
3765         if (pte_pv) {
3766                 /*
3767                  * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3768                  * Wiring of the PT page is already handled.
3769                  */
3770                 KKASSERT(pte_pv->pv_m == NULL);
3771                 vm_page_spin_lock(m);
3772                 pte_pv->pv_m = m;
3773                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pte_pv, pv_list);
3774                 /*
3775                 if (m->object)
3776                         atomic_add_int(&m->object->agg_pv_list_count, 1);
3777                 */
3778                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
3779                 vm_page_spin_unlock(m);
3780         } else if (pt_pv && opa == 0) {
3781                 /*
3782                  * We have to adjust the wire count on the PT page ourselves
3783                  * for unmanaged entries.  If opa was non-zero we retained
3784                  * the existing wire count from the removal.
3785                  */
3786                 vm_page_wire_quick(pt_pv->pv_m);
3787         }
3788
3789         /*
3790          * Kernel VMAs (pt_pv == NULL) require pmap invalidation interlocks.
3791          *
3792          * User VMAs do not because those will be zero->non-zero, so no
3793          * stale entries to worry about at this point.
3794          *
3795          * For KVM there appear to still be issues.  Theoretically we
3796          * should be able to scrap the interlocks entirely but we
3797          * get crashes.
3798          */
3799         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 && pt_pv == NULL)
3800                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
3801
3802         /*
3803          * Set the pte
3804          */
3805         *(volatile pt_entry_t *)ptep = newpte;
3806
3807         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 && pt_pv == NULL)
3808                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3809         else if (pt_pv == NULL)
3810                 cpu_invlpg((void *)va);
3811
3812         if (wired) {
3813                 if (pte_pv) {
3814                         atomic_add_long(&pte_pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count,
3815                                         1);
3816                 } else {
3817                         atomic_add_long(&pmap->pm_stats.wired_count, 1);
3818                 }
3819         }
3820         if (newpte & PG_RW)
3821                 vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
3822
3823         /*
3824          * Unmanaged pages need manual resident_count tracking.
3825          */
3826         if (pte_pv == NULL && pt_pv)
3827                 atomic_add_long(&pt_pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count, 1);
3828
3829         /*
3830          * Cleanup
3831          */
3832         if ((prot & VM_PROT_NOSYNC) == 0 || pte_pv == NULL)
3833                 pmap_inval_done(&info);
3834 done:
3835         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
3836
3837         /*
3838          * Cleanup the pv entry, allowing other accessors.
3839          */
3840         if (pte_pv)
3841                 pv_put(pte_pv);
3842         if (pt_pv)
3843                 pv_put(pt_pv);
3844 }
3845
3846 /*
3847  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
3848  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
3849  * VA.
3850  *
3851  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
3852  */
3853 void
3854 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
3855 {
3856         pmap_enter(pmap, va, m, VM_PROT_READ, FALSE, NULL);
3857 }
3858
3859 /*
3860  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3861  * to be used for panic dumps.
3862  *
3863  * The caller is responsible for calling smp_invltlb().
3864  */
3865 void *
3866 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, long i)
3867 {
3868         pmap_kenter_quick((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
3869         return ((void *)crashdumpmap);
3870 }
3871
3872 #define MAX_INIT_PT (96)
3873
3874 /*
3875  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
3876  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
3877  * immediately after an mmap.
3878  */
3879 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
3880
3881 void
3882 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
3883                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
3884                     vm_size_t size, int limit)
3885 {
3886         struct rb_vm_page_scan_info info;
3887         struct lwp *lp;
3888         vm_size_t psize;
3889
3890         /*
3891          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
3892          * or object.
3893          */
3894         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
3895                 return;
3896
3897         /*
3898          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
3899          */
3900         lp = curthread->td_lwp;
3901         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3902                 return;
3903
3904         /*
3905          * Misc additional checks
3906          */
3907         psize = x86_64_btop(size);
3908
3909         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
3910                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
3911                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
3912                 return;
3913         }
3914
3915         if (pindex + psize > object->size) {
3916                 if (object->size < pindex)
3917                         return;           
3918                 psize = object->size - pindex;
3919         }
3920
3921         if (psize == 0)
3922                 return;
3923
3924         /*
3925          * If everything is segment-aligned do not pre-init here.  Instead
3926          * allow the normal vm_fault path to pass a segment hint to
3927          * pmap_enter() which will then use an object-referenced shared
3928          * page table page.
3929          */
3930         if ((addr & SEG_MASK) == 0 &&
3931             (ctob(psize) & SEG_MASK) == 0 &&
3932             (ctob(pindex) & SEG_MASK) == 0) {
3933                 return;
3934         }
3935
3936         /*
3937          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
3938          * any valid pages found into the pmap.
3939          *
3940          * We cannot safely scan the object's memq without holding the
3941          * object token.
3942          */
3943         info.start_pindex = pindex;
3944         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
3945         info.limit = limit;
3946         info.mpte = NULL;
3947         info.addr = addr;
3948         info.pmap = pmap;
3949
3950         vm_object_hold_shared(object);
3951         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
3952                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
3953         vm_object_drop(object);
3954 }
3955
3956 static
3957 int
3958 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
3959 {
3960         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
3961         vm_pindex_t rel_index;
3962
3963         /*
3964          * don't allow an madvise to blow away our really
3965          * free pages allocating pv entries.
3966          */
3967         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
3968                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
3969                     return(-1);
3970         }
3971
3972         /*
3973          * Ignore list markers and ignore pages we cannot instantly
3974          * busy (while holding the object token).
3975          */
3976         if (p->flags & PG_MARKER)
3977                 return 0;
3978         if (vm_page_busy_try(p, TRUE))
3979                 return 0;
3980         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
3981             (p->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3982                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
3983                         vm_page_deactivate(p);
3984                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
3985                 pmap_enter_quick(info->pmap,
3986                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
3987         }
3988         vm_page_wakeup(p);
3989         lwkt_yield();
3990         return(0);
3991 }
3992
3993 /*
3994  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially pre-fault the specified
3995  * address.
3996  *
3997  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a pte is already loaded
3998  * into the slot.
3999  *
4000  * XXX This is safe only because page table pages are not freed.
4001  */
4002 int
4003 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4004 {
4005         pt_entry_t *pte;
4006
4007         /*spin_lock(&pmap->pm_spin);*/
4008         if ((pte = pmap_pte(pmap, addr)) != NULL) {
4009                 if (*pte & PG_V) {
4010                         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
4011                         return FALSE;
4012                 }
4013         }
4014         /*spin_unlock(&pmap->pm_spin);*/
4015         return TRUE;
4016 }
4017
4018 /*
4019  * Change the wiring attribute for a pmap/va pair.  The mapping must already
4020  * exist in the pmap.  The mapping may or may not be managed.
4021  */
4022 void
4023 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired,
4024                    vm_map_entry_t entry)
4025 {
4026         pt_entry_t *ptep;
4027         pv_entry_t pv;
4028
4029         if (pmap == NULL)
4030                 return;
4031         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
4032         pv = pmap_allocpte_seg(pmap, pmap_pt_pindex(va), NULL, entry, va);
4033         ptep = pv_pte_lookup(pv, pmap_pte_index(va));
4034
4035         if (wired && !pmap_pte_w(ptep))
4036                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, 1);
4037         else if (!wired && pmap_pte_w(ptep))
4038                 atomic_add_long(&pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count, -1);
4039
4040         /*
4041          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4042          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
4043          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
4044          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
4045          * wiring changes.
4046          */
4047         if (wired)
4048                 atomic_set_long(ptep, PG_W);
4049         else
4050                 atomic_clear_long(ptep, PG_W);
4051         pv_put(pv);
4052         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
4053 }
4054
4055
4056
4057 /*
4058  * Copy the range specified by src_addr/len from the source map to
4059  * the range dst_addr/len in the destination map.
4060  *
4061  * This routine is only advisory and need not do anything.
4062  */
4063 void
4064 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
4065           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4066 {
4067 }       
4068
4069 /*
4070  * pmap_zero_page:
4071  *
4072  *      Zero the specified physical page.
4073  *
4074  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
4075  *      required.
4076  */
4077 void
4078 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
4079 {
4080         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4081
4082         pagezero((void *)va);
4083 }
4084
4085 /*
4086  * pmap_page_assertzero:
4087  *
4088  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
4089  */
4090 void
4091 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
4092 {
4093         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
4094         size_t i;
4095
4096         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
4097                 if (*(long *)((char *)va + i) != 0) {
4098                         panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!",
4099                               (void *)(intptr_t)va);
4100                 }
4101         }
4102 }
4103
4104 /*
4105  * pmap_zero_page:
4106  *
4107  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
4108  *      its contents with bzero.
4109  *
4110  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4111  */
4112 void
4113 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
4114 {
4115         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
4116
4117         bzero((char *)virt + off, size);
4118 }
4119
4120 /*
4121  * pmap_copy_page:
4122  *
4123  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4124  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4125  *      is required.
4126  */
4127 void
4128 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
4129 {
4130         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4131
4132         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4133         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4134         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
4135 }
4136
4137 /*
4138  * pmap_copy_page_frag:
4139  *
4140  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
4141  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
4142  *      is required.
4143  */
4144 void
4145 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
4146 {
4147         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
4148
4149         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
4150         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
4151
4152         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
4153               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
4154               bytes);
4155 }
4156
4157 /*
4158  * Returns true if the pmap's pv is one of the first 16 pvs linked to from
4159  * this page.  This count may be changed upwards or downwards in the future;
4160  * it is only necessary that true be returned for a small subset of pmaps
4161  * for proper page aging.
4162  */
4163 boolean_t
4164 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4165 {
4166         pv_entry_t pv;
4167         int loops = 0;
4168
4169         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4170                 return FALSE;
4171
4172         vm_page_spin_lock(m);
4173         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4174                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
4175                         vm_page_spin_unlock(m);
4176                         return TRUE;
4177                 }
4178                 loops++;
4179                 if (loops >= 16)
4180                         break;
4181         }
4182         vm_page_spin_unlock(m);
4183         return (FALSE);
4184 }
4185
4186 /*
4187  * Remove all pages from specified address space this aids process exit
4188  * speeds.  Also, this code may be special cased for the current process
4189  * only.
4190  */
4191 void
4192 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4193 {
4194         pmap_remove_noinval(pmap, sva, eva);
4195         cpu_invltlb();
4196 }
4197
4198 /*
4199  * pmap_testbit tests bits in pte's note that the testbit/clearbit
4200  * routines are inline, and a lot of things compile-time evaluate.
4201  */
4202 static
4203 boolean_t
4204 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
4205 {
4206         pv_entry_t pv;
4207         pt_entry_t *pte;
4208
4209         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4210                 return FALSE;
4211
4212         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
4213                 return FALSE;
4214         vm_page_spin_lock(m);
4215         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
4216                 vm_page_spin_unlock(m);
4217                 return FALSE;
4218         }
4219
4220         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4221                 /*
4222                  * if the bit being tested is the modified bit, then
4223                  * mark clean_map and ptes as never
4224                  * modified.
4225                  */
4226                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
4227                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4228                                 continue;
4229                 }
4230
4231 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4232                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4233                         kprintf("Null pmap (tb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4234                             pv->pv_pindex);
4235                         continue;
4236                 }
4237 #endif
4238                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4239                 if (*pte & bit) {
4240                         vm_page_spin_unlock(m);
4241                         return TRUE;
4242                 }
4243         }
4244         vm_page_spin_unlock(m);
4245         return (FALSE);
4246 }
4247
4248 /*
4249  * This routine is used to modify bits in ptes.  Only one bit should be
4250  * specified.  PG_RW requires special handling.
4251  *
4252  * Caller must NOT hold any spin locks
4253  */
4254 static __inline
4255 void
4256 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
4257 {
4258         struct pmap_inval_info info;
4259         pv_entry_t pv;
4260         pt_entry_t *pte;
4261         pt_entry_t pbits;
4262         pmap_t save_pmap;
4263
4264         if (bit == PG_RW)
4265                 vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
4266         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
4267                 return;
4268         }
4269
4270         /*
4271          * PG_M or PG_A case
4272          *
4273          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
4274          * setting RO do we need to clear the VAC?
4275          *
4276          * NOTE: When clearing PG_M we could also (not implemented) drop
4277          *       through to the PG_RW code and clear PG_RW too, forcing
4278          *       a fault on write to redetect PG_M for virtual kernels, but
4279          *       it isn't necessary since virtual kernels invalidate the
4280          *       pte when they clear the VPTE_M bit in their virtual page
4281          *       tables.
4282          *
4283          * NOTE: Does not re-dirty the page when clearing only PG_M.
4284          */
4285         if ((bit & PG_RW) == 0) {
4286                 vm_page_spin_lock(m);
4287                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4288         #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4289                         if (pv->pv_pmap == NULL) {
4290                                 kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4291                                     pv->pv_pindex);
4292                                 continue;
4293                         }
4294         #endif
4295                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap,
4296                                              pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4297                         pbits = *pte;
4298                         if (pbits & bit)
4299                                 atomic_clear_long(pte, bit);
4300                 }
4301                 vm_page_spin_unlock(m);
4302                 return;
4303         }
4304
4305         /*
4306          * Clear PG_RW.  Also clears PG_M and marks the page dirty if PG_M
4307          * was set.
4308          */
4309         pmap_inval_init(&info);
4310
4311 restart:
4312         vm_page_spin_lock(m);
4313         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4314                 /*
4315                  * don't write protect pager mappings
4316                  */
4317                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4318                         continue;
4319
4320 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
4321                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
4322                         kprintf("Null pmap (cb) at pindex: %"PRIu64"\n",
4323                             pv->pv_pindex);
4324                         continue;
4325                 }
4326 #endif
4327                 /*
4328                  * Skip pages which do not have PG_RW set.
4329                  */
4330                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4331                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
4332                         continue;
4333
4334                 /*
4335                  * Lock the PV
4336                  */
4337                 if (pv_hold_try(pv) == 0) {
4338                         vm_page_spin_unlock(m);
4339                         pv_lock(pv);    /* held, now do a blocking lock */
4340                         pv_put(pv);     /* and release */
4341                         goto restart;   /* anything could have happened */
4342                 }
4343
4344                 save_pmap = pv->pv_pmap;
4345                 vm_page_spin_unlock(m);
4346                 pmap_inval_interlock(&info, save_pmap,
4347                                      (vm_offset_t)pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4348                 KKASSERT(pv->pv_pmap == save_pmap);
4349                 for (;;) {
4350                         pbits = *pte;
4351                         cpu_ccfence();
4352                         if (atomic_cmpset_long(pte, pbits,
4353                                                pbits & ~(PG_RW|PG_M))) {
4354                                 break;
4355                         }
4356                 }
4357                 pmap_inval_deinterlock(&info, save_pmap);
4358                 vm_page_spin_lock(m);
4359
4360                 /*
4361                  * If PG_M was found to be set while we were clearing PG_RW
4362                  * we also clear PG_M (done above) and mark the page dirty.
4363                  * Callers expect this behavior.
4364                  */
4365                 if (pbits & PG_M)
4366                         vm_page_dirty(m);
4367                 pv_put(pv);
4368         }
4369         vm_page_spin_unlock(m);
4370         pmap_inval_done(&info);
4371 }
4372
4373 /*
4374  * Lower the permission for all mappings to a given page.
4375  *
4376  * Page must be busied by caller.
4377  */
4378 void
4379 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4380 {
4381         /* JG NX support? */
4382         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4383                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
4384                         /*
4385                          * NOTE: pmap_clearbit(.. PG_RW) also clears
4386                          *       the PG_WRITEABLE flag in (m).
4387                          */
4388                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
4389                 } else {
4390                         pmap_remove_all(m);
4391                 }
4392         }
4393 }
4394
4395 vm_paddr_t
4396 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
4397 {
4398         return (x86_64_ptob(ppn));
4399 }
4400
4401 /*
4402  * Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4403  * It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4404  * is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4405  * reference bits set.
4406  *
4407  * XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4408  * should be tested and standardized at some point in the future for
4409  * optimal aging of shared pages.
4410  *
4411  * This routine may not block.
4412  */
4413 int
4414 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4415 {
4416         pv_entry_t pv;
4417         pt_entry_t *pte;
4418         int rtval = 0;
4419
4420         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
4421                 return (rtval);
4422
4423         vm_page_spin_lock(m);
4424         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4425                 if (!pmap_track_modified(pv->pv_pindex))
4426                         continue;
4427                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_pindex << PAGE_SHIFT);
4428                 if (pte && (*pte & PG_A)) {
4429                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
4430                         rtval++;
4431                         if (rtval > 4)
4432                                 break;
4433                 }
4434         }
4435         vm_page_spin_unlock(m);
4436         return (rtval);
4437 }
4438
4439 /*
4440  *      pmap_is_modified:
4441  *
4442  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4443  *      in any physical maps.
4444  */
4445 boolean_t
4446 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4447 {
4448         boolean_t res;
4449
4450         res = pmap_testbit(m, PG_M);
4451         return (res);
4452 }
4453
4454 /*
4455  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4456  */
4457 void
4458 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4459 {
4460         pmap_clearbit(m, PG_M);
4461 }
4462
4463 /*
4464  *      pmap_clear_reference:
4465  *
4466  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4467  */
4468 void
4469 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4470 {
4471         pmap_clearbit(m, PG_A);
4472 }
4473
4474 /*
4475  * Miscellaneous support routines follow
4476  */
4477
4478 static
4479 void
4480 i386_protection_init(void)
4481 {
4482         int *kp, prot;
4483
4484         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
4485         kp = protection_codes;
4486         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
4487                 switch (prot) {
4488                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4489                         /*
4490                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
4491                          * so just make it readable.
4492                          */
4493                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
4494                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4495                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
4496                         *kp++ = 0;
4497                         break;
4498                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4499                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4500                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
4501                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
4502                         *kp++ = PG_RW;
4503                         break;
4504                 }
4505         }
4506 }
4507
4508 /*
4509  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4510  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4511  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4512  * NOT real memory.
4513  *
4514  * NOTE: We can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
4515  *       a time.
4516  *
4517  * NOTE: The PAT attributes {WRITE_BACK, WRITE_THROUGH, UNCACHED, UNCACHEABLE}
4518  *       work whether the cpu supports PAT or not.  The remaining PAT
4519  *       attributes {WRITE_PROTECTED, WRITE_COMBINING} only work if the cpu
4520  *       supports PAT.
4521  */
4522 void *
4523 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4524 {
4525         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4526 }
4527
4528 void *
4529 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4530 {
4531         return(pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4532 }
4533
4534 void *
4535 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4536 {
4537         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4538 }
4539
4540 /*
4541  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4542  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4543  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4544  * NOT real memory.
4545  */
4546 void *
4547 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4548 {
4549         vm_offset_t va, tmpva, offset;
4550         pt_entry_t *pte;
4551         vm_size_t tmpsize;
4552
4553         offset = pa & PAGE_MASK;
4554         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4555
4556         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
4557         if (va == 0)
4558                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4559
4560         pa = pa & ~PAGE_MASK;
4561         for (tmpva = va, tmpsize = size; tmpsize > 0;) {
4562                 pte = vtopte(tmpva);
4563                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | /* pgeflag | */
4564                        pat_pte_index[mode];
4565                 tmpsize -= PAGE_SIZE;
4566                 tmpva += PAGE_SIZE;
4567                 pa += PAGE_SIZE;
4568         }
4569         pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, va, va + size);
4570         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
4571
4572         return ((void *)(va + offset));
4573 }
4574
4575 void
4576 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4577 {
4578         vm_offset_t base, offset;
4579
4580         base = va & ~PAGE_MASK;
4581         offset = va & PAGE_MASK;
4582         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4583         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
4584         kmem_free(&kernel_map, base, size);
4585 }
4586
4587 /*
4588  * Sets the memory attribute for the specified page.
4589  */
4590 void
4591 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4592 {
4593
4594     m->pat_mode = ma;
4595
4596     /*
4597      * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4598      * can be relied upon to perform any cache operations that are
4599      * required for data coherence.
4600      */
4601     if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0)
4602         pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4603         m->pat_mode);
4604 }
4605
4606 /*
4607  * Change the PAT attribute on an existing kernel memory map.  Caller
4608  * must ensure that the virtual memory in question is not accessed
4609  * during the adjustment.
4610  */
4611 void
4612 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t count, int mode)
4613 {
4614         pt_entry_t *pte;
4615         vm_offset_t base;
4616         int changed = 0;
4617
4618         if (va == 0)
4619                 panic("pmap_change_attr: va is NULL");
4620         base = trunc_page(va);
4621
4622         while (count) {
4623                 pte = vtopte(va);
4624                 *pte = (*pte & ~(pt_entry_t)(PG_PTE_PAT | PG_NC_PCD |
4625                                              PG_NC_PWT)) |
4626                        pat_pte_index[mode];
4627                 --count;
4628                 va += PAGE_SIZE;
4629         }
4630
4631         changed = 1;    /* XXX: not optimal */
4632
4633         /*
4634          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
4635          * shouldn't be, etc.
4636          */
4637         if (changed) {
4638                 pmap_invalidate_range(&kernel_pmap, base, va);
4639                 pmap_invalidate_cache_range(base, va);
4640         }
4641 }
4642
4643 /*
4644  * perform the pmap work for mincore
4645  */
4646 int
4647 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4648 {
4649         pt_entry_t *ptep, pte;
4650         vm_page_t m;
4651         int val = 0;
4652         
4653         lwkt_gettoken(&pmap->pm_token);
4654         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
4655
4656         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
4657                 vm_offset_t pa;
4658
4659                 val = MINCORE_INCORE;
4660                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
4661                         goto done;
4662
4663                 pa = pte & PG_FRAME;
4664
4665                 if (pte & PG_DEVICE)
4666                         m = NULL;
4667                 else
4668                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4669
4670                 /*
4671                  * Modified by us
4672                  */
4673                 if (pte & PG_M)
4674                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4675                 /*
4676                  * Modified by someone
4677                  */
4678                 else if (m && (m->dirty || pmap_is_modified(m)))
4679                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4680                 /*
4681                  * Referenced by us
4682                  */
4683                 if (pte & PG_A)
4684                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4685
4686                 /*
4687                  * Referenced by someone
4688                  */
4689                 else if (m && ((m->flags & PG_REFERENCED) ||
4690                                 pmap_ts_referenced(m))) {
4691                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4692                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
4693                 }
4694         } 
4695 done:
4696         lwkt_reltoken(&pmap->pm_token);
4697
4698         return val;
4699 }
4700
4701 /*
4702  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
4703  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
4704  *
4705  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
4706  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
4707  *
4708  * The process must hold the vmspace->vm_map.token for oldvm and newvm
4709  */
4710 void
4711 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
4712 {
4713         struct vmspace *oldvm;
4714         struct lwp *lp;
4715
4716         oldvm = p->p_vmspace;
4717         if (oldvm != newvm) {
4718                 if (adjrefs)
4719                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
4720                 p->p_vmspace = newvm;
4721                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
4722                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
4723                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
4724                 if (adjrefs)
4725                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
4726         }
4727 }
4728
4729 /*
4730  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
4731  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
4732  * on a per-lwp basis.
4733  *
4734  * Caller does not necessarily hold any vmspace tokens.  Caller must control
4735  * the lwp (typically be in the context of the lwp).  We use a critical
4736  * section to protect against statclock and hardclock (statistics collection).
4737  */
4738 void
4739 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
4740 {
4741         struct vmspace *oldvm;
4742         struct pmap *pmap;
4743
4744         oldvm = lp->lwp_vmspace;
4745
4746         if (oldvm != newvm) {
4747                 crit_enter();
4748                 lp->lwp_vmspace = newvm;
4749                 if (curthread->td_lwp == lp) {
4750                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
4751                         atomic_set_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
4752                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
4753                                 pmap_interlock_wait(newvm);
4754 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
4755                         tlb_flush_count++;
4756 #endif
4757                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
4758                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
4759                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
4760                         atomic_clear_cpumask(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
4761                 }
4762                 crit_exit();
4763         }
4764 }
4765
4766 /*
4767  * Called when switching to a locked pmap, used to interlock against pmaps
4768  * undergoing modifications to prevent us from activating the MMU for the
4769  * target pmap until all such modifications have completed.  We have to do
4770  * this because the thread making the modifications has already set up its
4771  * SMP synchronization mask.
4772  *
4773  * This function cannot sleep!
4774  *
4775  * No requirements.
4776  */
4777 void
4778 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
4779 {
4780         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
4781
4782         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
4783                 crit_enter();
4784                 KKASSERT(curthread->td_critcount >= 2);
4785                 DEBUG_PUSH_INFO("pmap_interlock_wait");
4786                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
4787                         cpu_ccfence();
4788                         lwkt_process_ipiq();
4789                 }
4790                 DEBUG_POP_INFO();
4791                 crit_exit();
4792         }
4793 }
4794
4795 vm_offset_t
4796 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
4797 {
4798
4799         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) ||
4800             ((obj->type != OBJT_DEVICE) && (obj->type != OBJT_MGTDEVICE))) {
4801                 return addr;
4802         }
4803
4804         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
4805         return addr;
4806 }
4807
4808 /*
4809  * Used by kmalloc/kfree, page already exists at va
4810  */
4811 vm_page_t
4812 pmap_kvtom(vm_offset_t va)
4813 {
4814         pt_entry_t *ptep = vtopte(va);
4815
4816         KKASSERT((*ptep & PG_DEVICE) == 0);
4817         return(PHYS_TO_VM_PAGE(*ptep & PG_FRAME));
4818 }
4819
4820 /*
4821  * Initialize machine-specific shared page directory support.  This
4822  * is executed when a VM object is created.
4823  */
4824 void
4825 pmap_object_init(vm_object_t object)
4826 {
4827         object->md.pmap_rw = NULL;
4828         object->md.pmap_ro = NULL;
4829 }
4830
4831 /*
4832  * Clean up machine-specific shared page directory support.  This
4833  * is executed when a VM object is destroyed.
4834  */
4835 void
4836 pmap_object_free(vm_object_t object)
4837 {
4838         pmap_t pmap;
4839
4840         if ((pmap = object->md.pmap_rw) != NULL) {
4841                 object->md.pmap_rw = NULL;
4842                 pmap_remove_noinval(pmap,
4843                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
4844                 pmap->pm_active = 0;
4845                 pmap_release(pmap);
4846                 pmap_puninit(pmap);
4847                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
4848         }
4849         if ((pmap = object->md.pmap_ro) != NULL) {
4850                 object->md.pmap_ro = NULL;
4851                 pmap_remove_noinval(pmap,
4852                                   VM_MIN_USER_ADDRESS, VM_MAX_USER_ADDRESS);
4853                 pmap->pm_active = 0;
4854                 pmap_release(pmap);
4855                 pmap_puninit(pmap);
4856                 kfree(pmap, M_OBJPMAP);
4857         }
4858 }