kernel - rewrite the LWKT scheduler's priority mechanism
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / pmap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
8  * Copyright (c) 2005-2008 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * Copyright (c) 2008, 2009 The DragonFly Project.
10  * Copyright (c) 2008, 2009 Jordan Gordeev.
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
47  */
48
49 /*
50  *      Manages physical address maps.
51  *
52  *      In addition to hardware address maps, this
53  *      module is called upon to provide software-use-only
54  *      maps which may or may not be stored in the same
55  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
56  *      used to store intermediate results from copy
57  *      operations to and from address spaces.
58  *
59  *      Since the information managed by this module is
60  *      also stored by the logical address mapping module,
61  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
62  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
63  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
64  *      requested.
65  *
66  *      In order to cope with hardware architectures which
67  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
68  *      this module may delay invalidate or reduced protection
69  *      operations until such time as they are actually
70  *      necessary.  This module is given full information as
71  *      to which processors are currently using which maps,
72  *      and to when physical maps must be made correct.
73  */
74
75 #if JG
76 #include "opt_disable_pse.h"
77 #include "opt_pmap.h"
78 #endif
79 #include "opt_msgbuf.h"
80
81 #include <sys/param.h>
82 #include <sys/systm.h>
83 #include <sys/kernel.h>
84 #include <sys/proc.h>
85 #include <sys/msgbuf.h>
86 #include <sys/vmmeter.h>
87 #include <sys/mman.h>
88
89 #include <vm/vm.h>
90 #include <vm/vm_param.h>
91 #include <sys/sysctl.h>
92 #include <sys/lock.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_page.h>
95 #include <vm/vm_map.h>
96 #include <vm/vm_object.h>
97 #include <vm/vm_extern.h>
98 #include <vm/vm_pageout.h>
99 #include <vm/vm_pager.h>
100 #include <vm/vm_zone.h>
101
102 #include <sys/user.h>
103 #include <sys/thread2.h>
104 #include <sys/sysref2.h>
105
106 #include <machine/cputypes.h>
107 #include <machine/md_var.h>
108 #include <machine/specialreg.h>
109 #include <machine/smp.h>
110 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
111 #include <machine/globaldata.h>
112 #include <machine/pmap.h>
113 #include <machine/pmap_inval.h>
114
115 #include <ddb/ddb.h>
116
117 #define PMAP_KEEP_PDIRS
118 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
119 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
120 #endif
121
122 #if defined(DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_DIAGNOSTIC
124 #endif
125
126 #define MINPV 2048
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 static pd_entry_t *pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(pd_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(pt_entry_t *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual2_start;     /* cutout free area prior to kernel start */
155 vm_offset_t virtual2_end;
156 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
157 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
158 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
159 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
160 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
161 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
162 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
163 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
164
165 static vm_object_t kptobj;
166
167 static int ndmpdp;
168 static vm_paddr_t dmaplimit;
169 static int nkpt;
170 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
171
172 static uint64_t KPTbase;
173 static uint64_t KPTphys;
174 static uint64_t KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
175 static uint64_t KPDbase;        /* phys addr of kernel level 2 @ KERNBASE */
176 uint64_t KPDPphys;      /* phys addr of kernel level 3 */
177 uint64_t KPML4phys;     /* phys addr of kernel level 4 */
178
179 static uint64_t DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
180 static uint64_t DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
181
182 /*
183  * Data for the pv entry allocation mechanism
184  */
185 static vm_zone_t pvzone;
186 static struct vm_zone pvzone_store;
187 static struct vm_object pvzone_obj;
188 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
189 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
190 static struct pv_entry *pvinit;
191
192 /*
193  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
194  */
195 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
196 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
197 static pt_entry_t *msgbufmap;
198 struct msgbuf *msgbufp=0;
199
200 /*
201  * Crashdump maps.
202  */
203 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
204 static caddr_t crashdumpmap;
205
206 extern pt_entry_t *SMPpt;
207 extern uint64_t SMPptpa;
208
209 #define DISABLE_PSE
210
211 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
212 static void i386_protection_init (void);
213 static void create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr);
214 static void pmap_remove_all (vm_page_t m);
215 static int  pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq,
216                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
217 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
218                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
219 static int  pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
220                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
221 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
222 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
223                                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
224
225 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
226
227 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
228 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex);
229 static pt_entry_t * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
230 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
231 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
232                                 pmap_inval_info_t info);
233 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
234 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
235
236 static unsigned pdir4mb;
237
238 /*
239  * Move the kernel virtual free pointer to the next
240  * 2MB.  This is used to help improve performance
241  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
242  * (.text, .data, .bss)
243  */
244 static
245 vm_offset_t
246 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
247 {
248         vm_offset_t newaddr = addr;
249
250         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
251         return newaddr;
252 }
253
254 /*
255  * pmap_pte_quick:
256  *
257  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
258  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
259  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
260  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
261  *
262  *      Should only be called while in a critical section.
263  */
264 static __inline pt_entry_t *pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
265
266 static
267 pt_entry_t *
268 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
269 {
270         return pmap_pte(pmap, va);
271 }
272
273 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
274 static __inline
275 vm_pindex_t
276 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
277 {
278         return va >> PDRSHIFT;
279 }
280
281 /* Return various clipped indexes for a given VA */
282 static __inline
283 vm_pindex_t
284 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
285 {
286
287         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
288 }
289
290 static __inline
291 vm_pindex_t
292 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
293 {
294
295         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
296 }
297
298 static __inline
299 vm_pindex_t
300 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
301 {
302
303         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
304 }
305
306 static __inline
307 vm_pindex_t
308 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
309 {
310
311         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
312 }
313
314 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
315 static __inline
316 pml4_entry_t *
317 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
318 {
319
320         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
321 }
322
323 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
324 static __inline
325 pdp_entry_t *
326 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
327 {
328         pdp_entry_t *pdpe;
329
330         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
331         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
332 }
333
334 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
335 static __inline
336 pdp_entry_t *
337 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
338 {
339         pml4_entry_t *pml4e;
340
341         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
342         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
343                 return NULL;
344         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
345 }
346
347 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
348 static __inline
349 pd_entry_t *
350 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
351 {
352         pd_entry_t *pde;
353
354         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
355         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
356 }
357
358 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
359 static __inline
360 pd_entry_t *
361 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
362 {
363         pdp_entry_t *pdpe;
364
365         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
366         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
367                  return NULL;
368         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
369 }
370
371 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
372 static __inline
373 pt_entry_t *
374 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
375 {
376         pt_entry_t *pte;
377
378         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
379         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
380 }
381
382 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
383 static __inline
384 pt_entry_t *
385 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
386 {
387         pd_entry_t *pde;
388
389         pde = pmap_pde(pmap, va);
390         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
391                 return NULL;
392         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
393                 return ((pt_entry_t *)pde);
394         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
395 }
396
397 static __inline
398 pt_entry_t *
399 vtopte(vm_offset_t va)
400 {
401         uint64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
402
403         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
404 }
405
406 static __inline
407 pd_entry_t *
408 vtopde(vm_offset_t va)
409 {
410         uint64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
411
412         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
413 }
414
415 static uint64_t
416 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
417 {
418         uint64_t ret;
419
420         ret = *firstaddr;
421         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
422         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
423         return (ret);
424 }
425
426 static
427 void
428 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
429 {
430         int i;
431
432         /* we are running (mostly) V=P at this point */
433
434         /* Allocate pages */
435         KPTbase = allocpages(firstaddr, NKPT);
436         KPTphys = allocpages(firstaddr, NKPT);
437         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
438         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
439
440         /*
441          * Calculate the page directory base for KERNBASE,
442          * that is where we start populating the page table pages.
443          * Basically this is the end - 2.
444          */
445         KPDphys = allocpages(firstaddr, NKPDPE);
446         KPDbase = KPDphys + ((NKPDPE - (NPDPEPG - KPDPI)) << PAGE_SHIFT);
447
448         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
449         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
450                 ndmpdp = 4;
451         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, NDMPML4E);
452         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0)
453                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp);
454         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
455
456         /*
457          * Fill in the underlying page table pages for the area around
458          * KERNBASE.  This remaps low physical memory to KERNBASE.
459          *
460          * Read-only from zero to physfree
461          * XXX not fully used, underneath 2M pages
462          */
463         for (i = 0; (i << PAGE_SHIFT) < *firstaddr; i++) {
464                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] = i << PAGE_SHIFT;
465                 ((pt_entry_t *)KPTbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_G;
466         }
467
468         /*
469          * Now map the initial kernel page tables.  One block of page
470          * tables is placed at the beginning of kernel virtual memory,
471          * and another block is placed at KERNBASE to map the kernel binary,
472          * data, bss, and initial pre-allocations.
473          */
474         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
475                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = KPTbase + (i << PAGE_SHIFT);
476                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V;
477         }
478         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
479                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
480                 ((pd_entry_t *)KPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V;
481         }
482
483         /*
484          * Map from zero to end of allocations using 2M pages as an
485          * optimization.  This will bypass some of the KPTBase pages
486          * above in the KERNBASE area.
487          */
488         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++) {
489                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] = i << PDRSHIFT;
490                 ((pd_entry_t *)KPDbase)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
491         }
492
493         /*
494          * And connect up the PD to the PDP.  The kernel pmap is expected
495          * to pre-populate all of its PDs.  See NKPDPE in vmparam.h.
496          */
497         for (i = 0; i < NKPDPE; i++) {
498                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] =
499                                 KPDphys + (i << PAGE_SHIFT);
500                 ((pdp_entry_t *)KPDPphys)[NPDPEPG - NKPDPE + i] |=
501                                 PG_RW | PG_V | PG_U;
502         }
503
504         /* Now set up the direct map space using either 2MB or 1GB pages */
505         /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it */
506         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) == 0) {
507                 for (i = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++) {
508                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
509                         ((pd_entry_t *)DMPDphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
510                             PG_G | PG_M | PG_A;
511                 }
512                 /* And the direct map space's PDP */
513                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
514                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] = DMPDphys +
515                             (i << PAGE_SHIFT);
516                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
517                 }
518         } else {
519                 for (i = 0; i < ndmpdp; i++) {
520                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] =
521                             (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
522                         ((pdp_entry_t *)DMPDPphys)[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS |
523                             PG_G | PG_M | PG_A;
524                 }
525         }
526
527         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
528         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] = KPML4phys;
529         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
530
531         /* Connect the Direct Map slot up to the PML4 */
532         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] = DMPDPphys;
533         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[DMPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
534
535         /* Connect the KVA slot up to the PML4 */
536         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] = KPDPphys;
537         ((pdp_entry_t *)KPML4phys)[KPML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
538 }
539
540 void
541 init_paging(vm_paddr_t *firstaddr)
542 {
543         create_pagetables(firstaddr);
544 }
545
546 /*
547  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
548  *
549  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
550  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
551  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
552  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
553  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
554  *      (physical) address starting relative to 0]
555  */
556 void
557 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
558 {
559         vm_offset_t va;
560         pt_entry_t *pte;
561         struct mdglobaldata *gd;
562         int pg;
563
564         KvaStart = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
565         KvaEnd = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
566         KvaSize = KvaEnd - KvaStart;
567
568         avail_start = *firstaddr;
569
570         /*
571          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
572          */
573         create_pagetables(firstaddr);
574
575         virtual2_start = KvaStart;
576         virtual2_end = PTOV_OFFSET;
577
578         virtual_start = (vm_offset_t) PTOV_OFFSET + *firstaddr;
579         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
580
581         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
582
583         /* XXX do %cr0 as well */
584         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
585         load_cr3(KPML4phys);
586
587         /*
588          * Initialize protection array.
589          */
590         i386_protection_init();
591
592         /*
593          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
594          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
595          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
596          */
597         kernel_pmap.pm_pml4 = (pdp_entry_t *) (PTOV_OFFSET + KPML4phys);
598         kernel_pmap.pm_count = 1;
599         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1 & ~CPUMASK_LOCK;
600         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
601         nkpt = NKPT;
602
603         /*
604          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
605          * mapping of pages.
606          */
607 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
608         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
609
610         va = virtual_start;
611 #ifdef JG
612         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
613 #else
614         pte = vtopte(va);
615 #endif
616
617         /*
618          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
619          */
620         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
621
622         /*
623          * Crashdump maps.
624          */
625         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
626
627         /*
628          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
629          * /dev/mem.
630          */
631         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
632
633         /*
634          * msgbufp is used to map the system message buffer.
635          * XXX msgbufmap is not used.
636          */
637         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
638                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
639
640         virtual_start = va;
641
642         *CMAP1 = 0;
643
644         /*
645          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
646          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
647          * works under UP because self-referential page table mappings
648          */
649 #ifdef SMP
650         pgeflag = 0;
651 #else
652         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
653                 pgeflag = PG_G;
654 #endif
655         
656 /*
657  * Initialize the 4MB page size flag
658  */
659         pseflag = 0;
660 /*
661  * The 4MB page version of the initial
662  * kernel page mapping.
663  */
664         pdir4mb = 0;
665
666 #if !defined(DISABLE_PSE)
667         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
668                 pt_entry_t ptditmp;
669                 /*
670                  * Note that we have enabled PSE mode
671                  */
672                 pseflag = PG_PS;
673                 ptditmp = *(PTmap + x86_64_btop(KERNBASE));
674                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
675                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
676                 pdir4mb = ptditmp;
677
678 #ifndef SMP
679                 /*
680                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
681                  * now because the APs will not be able to use it when
682                  * they boot up.
683                  */
684                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
685
686                 /*
687                  * We can do the mapping here for the single processor
688                  * case.  We simply ignore the old page table page from
689                  * now on.
690                  */
691                 /*
692                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
693                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
694                  */
695                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
696                 cpu_invltlb();
697 #endif
698         }
699 #endif
700 #ifdef SMP
701         if (cpu_apic_address == 0)
702                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
703 #endif
704
705         /*
706          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
707          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
708          * portion.
709          */
710         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
711         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
712         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
713         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
714         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
715         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
716         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
717         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
718         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
719         gd->gd_PADDR1 = (pt_entry_t *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
720
721         cpu_invltlb();
722 }
723
724 #ifdef SMP
725 /*
726  * Set 4mb pdir for mp startup
727  */
728 void
729 pmap_set_opt(void)
730 {
731         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
732                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
733                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
734                         cpu_invltlb();
735                 }
736         }
737 }
738 #endif
739
740 /*
741  *      Initialize the pmap module.
742  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
743  *      system needs to map virtual memory.
744  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
745  *      way, discontiguous physical memory.
746  */
747 void
748 pmap_init(void)
749 {
750         int i;
751         int initial_pvs;
752
753         /*
754          * object for kernel page table pages
755          */
756         /* JG I think the number can be arbitrary */
757         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, 5);
758
759         /*
760          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
761          * pv_head_table.
762          */
763
764         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
765                 vm_page_t m;
766
767                 m = &vm_page_array[i];
768                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
769                 m->md.pv_list_count = 0;
770         }
771
772         /*
773          * init the pv free list
774          */
775         initial_pvs = vm_page_array_size;
776         if (initial_pvs < MINPV)
777                 initial_pvs = MINPV;
778         pvzone = &pvzone_store;
779         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
780                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
781         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
782                 initial_pvs);
783
784         /*
785          * Now it is safe to enable pv_table recording.
786          */
787         pmap_initialized = TRUE;
788 #ifdef SMP
789         lapic = pmap_mapdev_uncacheable(cpu_apic_address, sizeof(struct LAPIC));
790 #endif
791 }
792
793 /*
794  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
795  * high water mark so that the system can recover from excessive
796  * numbers of pv entries.
797  */
798 void
799 pmap_init2(void)
800 {
801         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
802
803         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
804         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
805         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
806         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
807         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
808 }
809
810
811 /***************************************************
812  * Low level helper routines.....
813  ***************************************************/
814
815 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
816
817 /*
818  * This code checks for non-writeable/modified pages.
819  * This should be an invalid condition.
820  */
821 static
822 int
823 pmap_nw_modified(pt_entry_t pte)
824 {
825         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
826                 return 1;
827         else
828                 return 0;
829 }
830 #endif
831
832
833 /*
834  * this routine defines the region(s) of memory that should
835  * not be tested for the modified bit.
836  */
837 static __inline
838 int
839 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
840 {
841         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
842                 return 1;
843         else
844                 return 0;
845 }
846
847 /*
848  * Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
849  *
850  * The caller must hold vm_token if non-blocking operation is desired.
851  */
852 vm_paddr_t 
853 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
854 {
855         vm_paddr_t rtval;
856         pt_entry_t *pte;
857         pd_entry_t pde, *pdep;
858
859         lwkt_gettoken(&vm_token);
860         rtval = 0;
861         pdep = pmap_pde(pmap, va);
862         if (pdep != NULL) {
863                 pde = *pdep;
864                 if (pde) {
865                         if ((pde & PG_PS) != 0) {
866                                 rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
867                         } else {
868                                 pte = pmap_pde_to_pte(pdep, va);
869                                 rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
870                         }
871                 }
872         }
873         lwkt_reltoken(&vm_token);
874         return rtval;
875 }
876
877 /*
878  * Extract the physical page address associated kernel virtual address.
879  */
880 vm_paddr_t
881 pmap_kextract(vm_offset_t va)
882 {
883         pd_entry_t pde;
884         vm_paddr_t pa;
885
886         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
887                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
888         } else {
889                 pde = *vtopde(va);
890                 if (pde & PG_PS) {
891                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
892                 } else {
893                         /*
894                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
895                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
896                          * be used to access the PTE because it would use the
897                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
898                          * because the page table page is preserved by the
899                          * promotion.
900                          */
901                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
902                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
903                 }
904         }
905         return pa;
906 }
907
908 /***************************************************
909  * Low level mapping routines.....
910  ***************************************************/
911
912 /*
913  * Routine: pmap_kenter
914  * Function:
915  *      Add a wired page to the KVA
916  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
917  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
918  */
919 void 
920 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
921 {
922         pt_entry_t *pte;
923         pt_entry_t npte;
924         pmap_inval_info info;
925
926         pmap_inval_init(&info);
927         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
928         pte = vtopte(va);
929         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
930         *pte = npte;
931         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
932         pmap_inval_done(&info);
933 }
934
935 /*
936  * Routine: pmap_kenter_quick
937  * Function:
938  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
939  *      mapping on the current CPU.
940  */
941 void
942 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
943 {
944         pt_entry_t *pte;
945         pt_entry_t npte;
946
947         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
948         pte = vtopte(va);
949         *pte = npte;
950         cpu_invlpg((void *)va);
951 }
952
953 void
954 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
955 {
956         pmap_inval_info info;
957
958         pmap_inval_init(&info);
959         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
960         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
961         pmap_inval_done(&info);
962 }
963
964 void
965 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
966 {
967         cpu_invlpg((void *)va);
968 }
969
970 /*
971  * remove a page from the kernel pagetables
972  */
973 void
974 pmap_kremove(vm_offset_t va)
975 {
976         pt_entry_t *pte;
977         pmap_inval_info info;
978
979         pmap_inval_init(&info);
980         pte = vtopte(va);
981         pmap_inval_interlock(&info, &kernel_pmap, va);
982         *pte = 0;
983         pmap_inval_deinterlock(&info, &kernel_pmap);
984         pmap_inval_done(&info);
985 }
986
987 void
988 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
989 {
990         pt_entry_t *pte;
991         pte = vtopte(va);
992         *pte = 0;
993         cpu_invlpg((void *)va);
994 }
995
996 /*
997  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
998  */
999 void
1000 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
1001 {
1002         *vtopte(va) |= PG_RW;
1003         cpu_invlpg((void *)va);
1004 }
1005
1006 void
1007 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
1008 {
1009         *vtopte(va) |= PG_N;
1010         cpu_invlpg((void *)va);
1011 }
1012
1013 /*
1014  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1015  *      virtual address space.
1016  *
1017  *      For now, VM is already on, we only need to map the
1018  *      specified memory.
1019  */
1020 vm_offset_t
1021 pmap_map(vm_offset_t *virtp, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1022 {
1023         return PHYS_TO_DMAP(start);
1024 }
1025
1026
1027 /*
1028  * Add a list of wired pages to the kva
1029  * this routine is only used for temporary
1030  * kernel mappings that do not need to have
1031  * page modification or references recorded.
1032  * Note that old mappings are simply written
1033  * over.  The page *must* be wired.
1034  */
1035 void
1036 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
1037 {
1038         vm_offset_t end_va;
1039
1040         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1041                 
1042         while (va < end_va) {
1043                 pt_entry_t *pte;
1044
1045                 pte = vtopte(va);
1046                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
1047                 cpu_invlpg((void *)va);
1048                 va += PAGE_SIZE;
1049                 m++;
1050         }
1051 #ifdef SMP
1052         smp_invltlb();  /* XXX */
1053 #endif
1054 }
1055
1056 /*
1057  * This routine jerks page mappings from the
1058  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1059  *
1060  * MPSAFE, INTERRUPT SAFE (cluster callback)
1061  */
1062 void
1063 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
1064 {
1065         vm_offset_t end_va;
1066
1067         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
1068
1069         while (va < end_va) {
1070                 pt_entry_t *pte;
1071
1072                 pte = vtopte(va);
1073                 *pte = 0;
1074                 cpu_invlpg((void *)va);
1075                 va += PAGE_SIZE;
1076         }
1077 #ifdef SMP
1078         smp_invltlb();
1079 #endif
1080 }
1081
1082 /*
1083  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
1084  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
1085  *
1086  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
1087  * the call should be made with a critical section held so the page's object
1088  * association remains valid on return.
1089  */
1090 static
1091 vm_page_t
1092 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
1093 {
1094         vm_page_t m;
1095
1096         do {
1097                 m = vm_page_lookup(object, pindex);
1098         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"));
1099
1100         return(m);
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
1105  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
1106  */
1107 void
1108 pmap_init_thread(thread_t td)
1109 {
1110         /* enforce pcb placement */
1111         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
1112         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
1113         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16; /* JG is -16 needed on x86_64? */
1114 }
1115
1116 /*
1117  * This routine directly affects the fork perf for a process.
1118  */
1119 void
1120 pmap_init_proc(struct proc *p)
1121 {
1122 }
1123
1124 /*
1125  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
1126  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
1127  */
1128 void
1129 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
1130 {
1131         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
1132 }
1133
1134 /***************************************************
1135  * Page table page management routines.....
1136  ***************************************************/
1137
1138 /*
1139  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1140  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1141  */
1142 static __inline
1143 int
1144 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1145                      pmap_inval_info_t info)
1146 {
1147         KKASSERT(m->hold_count > 0);
1148         if (m->hold_count > 1) {
1149                 vm_page_unhold(m);
1150                 return 0;
1151         } else {
1152                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, m, info);
1153         }
1154 }
1155
1156 static
1157 int
1158 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1159                       pmap_inval_info_t info)
1160 {
1161         /* 
1162          * Wait until we can busy the page ourselves.  We cannot have
1163          * any active flushes if we block.  We own one hold count on the
1164          * page so it cannot be freed out from under us.
1165          */
1166         if (m->flags & PG_BUSY) {
1167                 pmap_inval_flush(info);
1168                 while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
1169                         ;
1170         }
1171         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1172                 ("_pmap_unwire_pte_hold: %p->queue != PQ_NONE", m));
1173
1174         /*
1175          * This case can occur if new references were acquired while
1176          * we were blocked.
1177          */
1178         if (m->hold_count > 1) {
1179                 KKASSERT(m->hold_count > 1);
1180                 vm_page_unhold(m);
1181                 return 0;
1182         }
1183
1184         /*
1185          * Unmap the page table page
1186          */
1187         KKASSERT(m->hold_count == 1);
1188         vm_page_busy(m);
1189         pmap_inval_interlock(info, pmap, -1);
1190
1191         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1192                 /* PDP page */
1193                 pml4_entry_t *pml4;
1194                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1195                 *pml4 = 0;
1196         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1197                 /* PD page */
1198                 pdp_entry_t *pdp;
1199                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1200                 *pdp = 0;
1201         } else {
1202                 /* PT page */
1203                 pd_entry_t *pd;
1204                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1205                 *pd = 0;
1206         }
1207
1208         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1209         --pmap->pm_stats.resident_count;
1210
1211         if (pmap->pm_ptphint == m)
1212                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1213         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
1214
1215         if (m->pindex < NUPDE) {
1216                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1217                 vm_page_t pdpg;
1218
1219                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1220                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdpg, info);
1221         }
1222         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1223                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1224                 vm_page_t pdppg;
1225
1226                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1227                 pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, pdppg, info);
1228         }
1229
1230         /*
1231          * This was our last hold, the page had better be unwired
1232          * after we decrement wire_count.
1233          *
1234          * FUTURE NOTE: shared page directory page could result in
1235          * multiple wire counts.
1236          */
1237         vm_page_unhold(m);
1238         --m->wire_count;
1239         KKASSERT(m->wire_count == 0);
1240         --vmstats.v_wire_count;
1241         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1242         vm_page_flash(m);
1243         vm_page_free_zero(m);
1244
1245         return 1;
1246 }
1247
1248 /*
1249  * After removing a page table entry, this routine is used to
1250  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1251  */
1252 static
1253 int
1254 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1255                 pmap_inval_info_t info)
1256 {
1257         vm_pindex_t ptepindex;
1258
1259         if (va >= VM_MAX_USER_ADDRESS)
1260                 return 0;
1261
1262         if (mpte == NULL) {
1263                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1264 #if JGHINT
1265                 if (pmap->pm_ptphint &&
1266                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1267                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1268                 } else {
1269 #endif
1270                         pmap_inval_flush(info);
1271                         mpte = pmap_page_lookup(pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1272                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1273 #if JGHINT
1274                 }
1275 #endif
1276         }
1277         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, info);
1278 }
1279
1280 /*
1281  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1282  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1283  *
1284  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1285  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1286  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1287  */
1288 void
1289 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1290 {
1291         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys);
1292         pmap->pm_count = 1;
1293         pmap->pm_active = 0;
1294         pmap->pm_ptphint = NULL;
1295         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1296         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1297 }
1298
1299 /*
1300  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1301  * such as one in a vmspace structure.
1302  */
1303 void
1304 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1305 {
1306         vm_page_t ptdpg;
1307
1308         /*
1309          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1310          * page directory table.
1311          */
1312         if (pmap->pm_pml4 == NULL) {
1313                 pmap->pm_pml4 =
1314                     (pml4_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1315         }
1316
1317         /*
1318          * Allocate an object for the ptes
1319          */
1320         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1321                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I + 1);
1322
1323         /*
1324          * Allocate the page directory page, unless we already have
1325          * one cached.  If we used the cached page the wire_count will
1326          * already be set appropriately.
1327          */
1328         if ((ptdpg = pmap->pm_pdirm) == NULL) {
1329                 ptdpg = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I,
1330                                      VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1331                 pmap->pm_pdirm = ptdpg;
1332                 vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY);
1333                 ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1334                 if (ptdpg->wire_count == 0)
1335                         ++vmstats.v_wire_count;
1336                 ptdpg->wire_count = 1;
1337                 pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pml4, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1338         }
1339         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1340                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1341
1342         pmap->pm_pml4[KPML4I] = KPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1343         pmap->pm_pml4[DMPML4I] = DMPDPphys | PG_RW | PG_V | PG_U;
1344
1345         /* install self-referential address mapping entry */
1346         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1347
1348         pmap->pm_count = 1;
1349         pmap->pm_active = 0;
1350         pmap->pm_ptphint = NULL;
1351         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1352         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1353         pmap->pm_stats.resident_count = 1;
1354 }
1355
1356 /*
1357  * Clean up a pmap structure so it can be physically freed.  This routine
1358  * is called by the vmspace dtor function.  A great deal of pmap data is
1359  * left passively mapped to improve vmspace management so we have a bit
1360  * of cleanup work to do here.
1361  */
1362 void
1363 pmap_puninit(pmap_t pmap)
1364 {
1365         vm_page_t p;
1366
1367         KKASSERT(pmap->pm_active == 0);
1368         lwkt_gettoken(&vm_token);
1369         if ((p = pmap->pm_pdirm) != NULL) {
1370                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != NULL);
1371                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1372                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pml4);
1373                 p->wire_count--;
1374                 vmstats.v_wire_count--;
1375                 KKASSERT((p->flags & PG_BUSY) == 0);
1376                 vm_page_busy(p);
1377                 vm_page_free_zero(p);
1378                 pmap->pm_pdirm = NULL;
1379         }
1380         if (pmap->pm_pml4) {
1381                 KKASSERT(pmap->pm_pml4 != (void *)(PTOV_OFFSET + KPML4phys));
1382                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1383                 pmap->pm_pml4 = NULL;
1384         }
1385         if (pmap->pm_pteobj) {
1386                 vm_object_deallocate(pmap->pm_pteobj);
1387                 pmap->pm_pteobj = NULL;
1388         }
1389         lwkt_reltoken(&vm_token);
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1394  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1395  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1396  * then copies the template.
1397  */
1398 void
1399 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1400 {
1401         crit_enter();
1402         lwkt_gettoken(&vm_token);
1403         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1404         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1405         lwkt_reltoken(&vm_token);
1406         crit_exit();
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Attempt to release and free a vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1411  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1412  *
1413  * When asked to remove the page directory page itself, we actually just
1414  * leave it cached so we do not have to incur the SMP inval overhead of
1415  * removing the kernel mapping.  pmap_puninit() will take care of it.
1416  */
1417 static
1418 int
1419 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1420 {
1421         /*
1422          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1423          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1424          * might as well be placed directly into the zero queue.
1425          */
1426         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1427                 return 0;
1428
1429         vm_page_busy(p);
1430
1431         /*
1432          * Remove the page table page from the processes address space.
1433          */
1434         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1435                 /*
1436                  * We are the pml4 table itself.
1437                  */
1438                 /* XXX anything to do here? */
1439         } else if (p->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1440                 /*
1441                  * Remove a PDP page from the PML4.  We do not maintain
1442                  * hold counts on the PML4 page.
1443                  */
1444                 pml4_entry_t *pml4;
1445                 vm_page_t m4;
1446                 int idx;
1447
1448                 m4 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj, NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I);
1449                 KKASSERT(m4 != NULL);
1450                 pml4 = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m4));
1451                 idx = (p->pindex - (NUPDE + NUPDPE)) % NPML4EPG;
1452                 KKASSERT(pml4[idx] != 0);
1453                 pml4[idx] = 0;
1454         } else if (p->pindex >= NUPDE) {
1455                 /*
1456                  * Remove a PD page from the PDP and drop the hold count
1457                  * on the PDP.  The PDP is left cached in the pmap if
1458                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1459                  * intact.
1460                  */
1461                 vm_page_t m3;
1462                 pdp_entry_t *pdp;
1463                 int idx;
1464
1465                 m3 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1466                                 NUPDE + NUPDPE + (p->pindex - NUPDE) / NPDPEPG);
1467                 KKASSERT(m3 != NULL);
1468                 pdp = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m3));
1469                 idx = (p->pindex - NUPDE) % NPDPEPG;
1470                 KKASSERT(pdp[idx] != 0);
1471                 pdp[idx] = 0;
1472                 m3->hold_count--;
1473         } else {
1474                 /*
1475                  * Remove a PT page from the PD and drop the hold count
1476                  * on the PD.  The PD is left cached in the pmap if
1477                  * the hold count drops to 0 so the wire count remains
1478                  * intact.
1479                  */
1480                 vm_page_t m2;
1481                 pd_entry_t *pd;
1482                 int idx;
1483
1484                 m2 = vm_page_lookup(pmap->pm_pteobj,
1485                                     NUPDE + p->pindex / NPDEPG);
1486                 KKASSERT(m2 != NULL);
1487                 pd = (void *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m2));
1488                 idx = p->pindex % NPDEPG;
1489                 pd[idx] = 0;
1490                 m2->hold_count--;
1491         }
1492
1493         /*
1494          * One fewer mappings in the pmap.  p's hold count had better
1495          * be zero.
1496          */
1497         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
1498         --pmap->pm_stats.resident_count;
1499         if (p->hold_count)
1500                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1501         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1502                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1503
1504         /*
1505          * We leave the top-level page table page cached, wired, and mapped in
1506          * the pmap until the dtor function (pmap_puninit()) gets called.
1507          * However, still clean it up so we can set PG_ZERO.
1508          */
1509         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1510                 bzero(pmap->pm_pml4, PAGE_SIZE);
1511                 vm_page_flag_set(p, PG_ZERO);
1512                 vm_page_wakeup(p);
1513         } else {
1514                 p->wire_count--;
1515                 KKASSERT(p->wire_count == 0);
1516                 vmstats.v_wire_count--;
1517                 /* JG eventually revert to using vm_page_free_zero() */
1518                 vm_page_free(p);
1519         }
1520         return 1;
1521 }
1522
1523 /*
1524  * This routine is called when various levels in the page table need to
1525  * be populated.  This routine cannot fail.
1526  */
1527 static
1528 vm_page_t
1529 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex)
1530 {
1531         vm_page_t m;
1532
1533         /*
1534          * Find or fabricate a new pagetable page.  This will busy the page.
1535          */
1536         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1537                          VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1538         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1539                 pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1540         }
1541
1542         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1543                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1544
1545         /*
1546          * Increment the hold count for the page we will be returning to
1547          * the caller.
1548          */
1549         m->hold_count++;
1550         if (m->wire_count++ == 0)
1551                 vmstats.v_wire_count++;
1552
1553         /*
1554          * Map the pagetable page into the process address space, if
1555          * it isn't already there.
1556          *
1557          * It is possible that someone else got in and mapped the page
1558          * directory page while we were blocked, if so just unbusy and
1559          * return the held page.
1560          */
1561         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1562                 /*
1563                  * Wire up a new PDP page in the PML4
1564                  */
1565                 vm_pindex_t pml4index;
1566                 pml4_entry_t *pml4;
1567
1568                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1569                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1570                 if (*pml4 & PG_V) {
1571                         if (--m->wire_count == 0)
1572                                 --vmstats.v_wire_count;
1573                         vm_page_wakeup(m);
1574                         return(m);
1575                 }
1576                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1577         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1578                 /*
1579                  * Wire up a new PD page in the PDP
1580                  */
1581                 vm_pindex_t pml4index;
1582                 vm_pindex_t pdpindex;
1583                 vm_page_t pdppg;
1584                 pml4_entry_t *pml4;
1585                 pdp_entry_t *pdp;
1586
1587                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1588                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1589
1590                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1591                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1592                         /*
1593                          * Have to allocate a new PDP page, recurse.
1594                          * This always succeeds.  Returned page will
1595                          * be held.
1596                          */
1597                         pdppg = _pmap_allocpte(pmap,
1598                                                NUPDE + NUPDPE + pml4index);
1599                 } else {
1600                         /*
1601                          * Add a held reference to the PDP page.
1602                          */
1603                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1604                         pdppg->hold_count++;
1605                 }
1606
1607                 /*
1608                  * Now find the pdp_entry and map the PDP.  If the PDP
1609                  * has already been mapped unwind and return the
1610                  * already-mapped PDP held.
1611                  *
1612                  * pdppg is left held (hold_count is incremented for
1613                  * each PD in the PDP).
1614                  */
1615                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1616                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1617                 if (*pdp & PG_V) {
1618                         vm_page_unhold(pdppg);
1619                         if (--m->wire_count == 0)
1620                                 --vmstats.v_wire_count;
1621                         vm_page_wakeup(m);
1622                         return(m);
1623                 }
1624                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1625         } else {
1626                 /*
1627                  * Wire up the new PT page in the PD
1628                  */
1629                 vm_pindex_t pml4index;
1630                 vm_pindex_t pdpindex;
1631                 pml4_entry_t *pml4;
1632                 pdp_entry_t *pdp;
1633                 pd_entry_t *pd;
1634                 vm_page_t pdpg;
1635
1636                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1637                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1638
1639                 /*
1640                  * Locate the PDP page in the PML4, then the PD page in
1641                  * the PDP.  If either does not exist we simply recurse
1642                  * to allocate them.
1643                  *
1644                  * We can just recurse on the PD page as it will recurse
1645                  * on the PDP if necessary.
1646                  */
1647                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1648                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1649                         pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1650                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1651                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1652                 } else {
1653                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1654                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1655                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
1656                                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex);
1657                         } else {
1658                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
1659                                 pdpg->hold_count++;
1660                         }
1661                 }
1662
1663                 /*
1664                  * Now fill in the pte in the PD.  If the pte already exists
1665                  * (again, if we raced the grab), unhold pdpg and unwire
1666                  * m, returning a held m.
1667                  *
1668                  * pdpg is left held (hold_count is incremented for
1669                  * each PT in the PD).
1670                  */
1671                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
1672                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
1673                 if (*pd != 0) {
1674                         vm_page_unhold(pdpg);
1675                         if (--m->wire_count == 0)
1676                                 --vmstats.v_wire_count;
1677                         vm_page_wakeup(m);
1678                         return(m);
1679                 }
1680                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1681         }
1682
1683         /*
1684          * We successfully loaded a PDP, PD, or PTE.  Set the page table hint,
1685          * valid bits, mapped flag, unbusy, and we're done.
1686          */
1687         pmap->pm_ptphint = m;
1688         ++pmap->pm_stats.resident_count;
1689
1690         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1691         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1692         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1693         vm_page_wakeup(m);
1694
1695         return (m);
1696 }
1697
1698 static
1699 vm_page_t
1700 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1701 {
1702         vm_pindex_t ptepindex;
1703         pd_entry_t *pd;
1704         vm_page_t m;
1705
1706         /*
1707          * Calculate pagetable page index
1708          */
1709         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
1710
1711         /*
1712          * Get the page directory entry
1713          */
1714         pd = pmap_pde(pmap, va);
1715
1716         /*
1717          * This supports switching from a 2MB page to a
1718          * normal 4K page.
1719          */
1720         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
1721                 panic("no promotion/demotion yet");
1722                 *pd = 0;
1723                 pd = NULL;
1724                 cpu_invltlb();
1725                 smp_invltlb();
1726         }
1727
1728         /*
1729          * If the page table page is mapped, we just increment the
1730          * hold count, and activate it.
1731          */
1732         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
1733                 /* YYY hint is used here on i386 */
1734                 m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1735                 pmap->pm_ptphint = m;
1736                 m->hold_count++;
1737                 return m;
1738         }
1739         /*
1740          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1741          */
1742         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1743 }
1744
1745
1746 /***************************************************
1747  * Pmap allocation/deallocation routines.
1748  ***************************************************/
1749
1750 /*
1751  * Release any resources held by the given physical map.
1752  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1753  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1754  */
1755 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1756
1757 void
1758 pmap_release(struct pmap *pmap)
1759 {
1760         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1761         struct rb_vm_page_scan_info info;
1762
1763         KASSERT(pmap->pm_active == 0, ("pmap still active! %08x", pmap->pm_active));
1764 #if defined(DIAGNOSTIC)
1765         if (object->ref_count != 1)
1766                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1767 #endif
1768         
1769         info.pmap = pmap;
1770         info.object = object;
1771         crit_enter();
1772         lwkt_gettoken(&vm_token);
1773         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1774         crit_exit();
1775
1776         do {
1777                 crit_enter();
1778                 info.error = 0;
1779                 info.mpte = NULL;
1780                 info.limit = object->generation;
1781
1782                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1783                                         pmap_release_callback, &info);
1784                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1785                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1786                                 info.error = 1;
1787                 }
1788                 crit_exit();
1789         } while (info.error);
1790         lwkt_reltoken(&vm_token);
1791 }
1792
1793 static
1794 int
1795 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1796 {
1797         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1798
1799         if (p->pindex == NUPDE + NUPDPE + PML4PML4I) {
1800                 info->mpte = p;
1801                 return(0);
1802         }
1803         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1804                 info->error = 1;
1805                 return(-1);
1806         }
1807         if (info->object->generation != info->limit) {
1808                 info->error = 1;
1809                 return(-1);
1810         }
1811         return(0);
1812 }
1813
1814 /*
1815  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1816  */
1817 void
1818 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1819 {
1820         vm_paddr_t paddr;
1821         vm_offset_t ptppaddr;
1822         vm_page_t nkpg;
1823         pd_entry_t *pde, newpdir;
1824         pdp_entry_t newpdp;
1825
1826         crit_enter();
1827         lwkt_gettoken(&vm_token);
1828         if (kernel_vm_end == 0) {
1829                 kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1830                 nkpt = 0;
1831                 while ((*pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) & PG_V) != 0) {
1832                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1833                         nkpt++;
1834                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1835                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1836                                 break;                       
1837                         }
1838                 }
1839         }
1840         addr = roundup2(addr, PAGE_SIZE * NPTEPG);
1841         if (addr - 1 >= kernel_map.max_offset)
1842                 addr = kernel_map.max_offset;
1843         while (kernel_vm_end < addr) {
1844                 pde = pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end);
1845                 if (pde == NULL) {
1846                         /* We need a new PDP entry */
1847                         nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1848                                              VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM
1849                                              | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1850                         if (nkpg == NULL)
1851                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1852                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1853                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1854                                 pmap_zero_page(paddr);
1855                         vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1856                         newpdp = (pdp_entry_t)
1857                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1858                         *pmap_pdpe(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdp;
1859                         nkpt++;
1860                         continue; /* try again */
1861                 }
1862                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
1863                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1864                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1865                                 kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1866                                 break;                       
1867                         }
1868                         continue;
1869                 }
1870
1871                 /*
1872                  * This index is bogus, but out of the way
1873                  */
1874                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt,
1875                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1876                 if (nkpg == NULL)
1877                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1878
1879                 vm_page_wire(nkpg);
1880                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1881                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1882                 vm_page_flag_clear(nkpg, PG_ZERO);
1883                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1884                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1885                 nkpt++;
1886
1887                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1888                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map.max_offset) {
1889                         kernel_vm_end = kernel_map.max_offset;
1890                         break;                       
1891                 }
1892         }
1893         lwkt_reltoken(&vm_token);
1894         crit_exit();
1895 }
1896
1897 /*
1898  *      Retire the given physical map from service.
1899  *      Should only be called if the map contains
1900  *      no valid mappings.
1901  */
1902 void
1903 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1904 {
1905         int count;
1906
1907         if (pmap == NULL)
1908                 return;
1909
1910         lwkt_gettoken(&vm_token);
1911         count = --pmap->pm_count;
1912         if (count == 0) {
1913                 pmap_release(pmap);
1914                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1915         }
1916         lwkt_reltoken(&vm_token);
1917 }
1918
1919 /*
1920  *      Add a reference to the specified pmap.
1921  */
1922 void
1923 pmap_reference(pmap_t pmap)
1924 {
1925         if (pmap != NULL) {
1926                 lwkt_gettoken(&vm_token);
1927                 pmap->pm_count++;
1928                 lwkt_reltoken(&vm_token);
1929         }
1930 }
1931
1932 /***************************************************
1933 * page management routines.
1934  ***************************************************/
1935
1936 /*
1937  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1938  * called from an interrupt.
1939  */
1940 static __inline
1941 void
1942 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1943 {
1944         pv_entry_count--;
1945         KKASSERT(pv_entry_count >= 0);
1946         zfree(pvzone, pv);
1947 }
1948
1949 /*
1950  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1951  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1952  */
1953 static
1954 pv_entry_t
1955 get_pv_entry(void)
1956 {
1957         pv_entry_count++;
1958         if (pv_entry_high_water &&
1959                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1960                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1961                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1962                 wakeup(&vm_pages_needed);
1963         }
1964         return zalloc(pvzone);
1965 }
1966
1967 /*
1968  * This routine is very drastic, but can save the system
1969  * in a pinch.
1970  */
1971 void
1972 pmap_collect(void)
1973 {
1974         int i;
1975         vm_page_t m;
1976         static int warningdone=0;
1977
1978         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1979                 return;
1980         lwkt_gettoken(&vm_token);
1981         if (warningdone < 5) {
1982                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1983                 warningdone++;
1984         }
1985
1986         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1987                 m = &vm_page_array[i];
1988                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1989                     (m->flags & PG_BUSY))
1990                         continue;
1991                 pmap_remove_all(m);
1992         }
1993         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1994         lwkt_reltoken(&vm_token);
1995 }
1996         
1997
1998 /*
1999  * If it is the first entry on the list, it is actually
2000  * in the header and we must copy the following entry up
2001  * to the header.  Otherwise we must search the list for
2002  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
2003  */
2004 static
2005 int
2006 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
2007                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2008 {
2009         pv_entry_t pv;
2010         int rtval;
2011
2012         crit_enter();
2013         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
2014                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2015                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
2016                                 break;
2017                 }
2018         } else {
2019                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
2020                         if (va == pv->pv_va) 
2021                                 break;
2022                 }
2023         }
2024
2025         rtval = 0;
2026         KKASSERT(pv);
2027
2028         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2029         m->md.pv_list_count--;
2030         KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2031         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2032                 vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2033         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2034         ++pmap->pm_generation;
2035         rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
2036         free_pv_entry(pv);
2037
2038         crit_exit();
2039         return rtval;
2040 }
2041
2042 /*
2043  * Create a pv entry for page at pa for
2044  * (pmap, va).
2045  */
2046 static
2047 void
2048 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
2049 {
2050         pv_entry_t pv;
2051
2052         crit_enter();
2053         pv = get_pv_entry();
2054         pv->pv_va = va;
2055         pv->pv_pmap = pmap;
2056         pv->pv_ptem = mpte;
2057
2058         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2059         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2060         ++pmap->pm_generation;
2061         m->md.pv_list_count++;
2062
2063         crit_exit();
2064 }
2065
2066 /*
2067  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2068  */
2069 static
2070 int
2071 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2072         pmap_inval_info_t info)
2073 {
2074         pt_entry_t oldpte;
2075         vm_page_t m;
2076
2077         pmap_inval_interlock(info, pmap, va);
2078         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2079         pmap_inval_deinterlock(info, pmap);
2080         if (oldpte & PG_W)
2081                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2082         /*
2083          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2084          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
2085          * the SMP case.
2086          */
2087         if (oldpte & PG_G)
2088                 cpu_invlpg((void *)va);
2089         KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2090         --pmap->pm_stats.resident_count;
2091         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2092                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
2093                 if (oldpte & PG_M) {
2094 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2095                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
2096                                 kprintf(
2097         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2098                                     va, oldpte);
2099                         }
2100 #endif
2101                         if (pmap_track_modified(va))
2102                                 vm_page_dirty(m);
2103                 }
2104                 if (oldpte & PG_A)
2105                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2106                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
2107         } else {
2108                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
2109         }
2110
2111         return 0;
2112 }
2113
2114 /*
2115  * pmap_remove_page:
2116  *
2117  *      Remove a single page from a process address space.
2118  *
2119  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2120  *      not kernel_pmap.
2121  */
2122 static
2123 void
2124 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
2125 {
2126         pt_entry_t *pte;
2127
2128         pte = pmap_pte(pmap, va);
2129         if (pte == NULL)
2130                 return;
2131         if ((*pte & PG_V) == 0)
2132                 return;
2133         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, info);
2134 }
2135
2136 /*
2137  * pmap_remove:
2138  *
2139  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2140  *
2141  *      It is assumed that the start and end are properly
2142  *      rounded to the page size.
2143  *
2144  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
2145  *      not kernel_pmap.
2146  */
2147 void
2148 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2149 {
2150         vm_offset_t va_next;
2151         pml4_entry_t *pml4e;
2152         pdp_entry_t *pdpe;
2153         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2154         pt_entry_t *pte;
2155         struct pmap_inval_info info;
2156
2157         if (pmap == NULL)
2158                 return;
2159
2160         lwkt_gettoken(&vm_token);
2161         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0) {
2162                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2163                 return;
2164         }
2165
2166         pmap_inval_init(&info);
2167
2168         /*
2169          * special handling of removing one page.  a very
2170          * common operation and easy to short circuit some
2171          * code.
2172          */
2173         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
2174                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
2175                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
2176                         pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
2177                         pmap_inval_done(&info);
2178                         lwkt_reltoken(&vm_token);
2179                         return;
2180                 }
2181         }
2182
2183         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2184                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2185                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2186                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2187                         if (va_next < sva)
2188                                 va_next = eva;
2189                         continue;
2190                 }
2191
2192                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2193                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2194                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2195                         if (va_next < sva)
2196                                 va_next = eva;
2197                         continue;
2198                 }
2199
2200                 /*
2201                  * Calculate index for next page table.
2202                  */
2203                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2204                 if (va_next < sva)
2205                         va_next = eva;
2206
2207                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2208                 ptpaddr = *pde;
2209
2210                 /*
2211                  * Weed out invalid mappings.
2212                  */
2213                 if (ptpaddr == 0)
2214                         continue;
2215
2216                 /*
2217                  * Check for large page.
2218                  */
2219                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2220                         /* JG FreeBSD has more complex treatment here */
2221                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2222                         *pde = 0;
2223                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2224                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2225                         continue;
2226                 }
2227
2228                 /*
2229                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2230                  * by the current page table page, or to the end of the
2231                  * range being removed.
2232                  */
2233                 if (va_next > eva)
2234                         va_next = eva;
2235
2236                 /*
2237                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
2238                  */
2239                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2240                     sva += PAGE_SIZE) {
2241                         if (*pte == 0)
2242                                 continue;
2243                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &info))
2244                                 break;
2245                 }
2246         }
2247         pmap_inval_done(&info);
2248         lwkt_reltoken(&vm_token);
2249 }
2250
2251 /*
2252  * pmap_remove_all:
2253  *
2254  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
2255  *      Reflects back modify bits to the pager.
2256  *
2257  *      This routine may not be called from an interrupt.
2258  */
2259
2260 static
2261 void
2262 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2263 {
2264         struct pmap_inval_info info;
2265         pt_entry_t *pte, tpte;
2266         pv_entry_t pv;
2267
2268         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2269                 return;
2270
2271         lwkt_gettoken(&vm_token);
2272         pmap_inval_init(&info);
2273         crit_enter();
2274         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2275                 KKASSERT(pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count > 0);
2276                 --pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count;
2277
2278                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2279                 pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2280                 tpte = pte_load_clear(pte);
2281                 if (tpte & PG_W)
2282                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
2283                 pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
2284                 if (tpte & PG_A)
2285                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2286
2287                 /*
2288                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2289                  */
2290                 if (tpte & PG_M) {
2291 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2292                         if (pmap_nw_modified(tpte)) {
2293                                 kprintf(
2294         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2295                                     pv->pv_va, tpte);
2296                         }
2297 #endif
2298                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
2299                                 vm_page_dirty(m);
2300                 }
2301                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2302                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2303                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
2304                 m->md.pv_list_count--;
2305                 KKASSERT(m->md.pv_list_count >= 0);
2306                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
2307                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2308                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2309                 free_pv_entry(pv);
2310         }
2311         crit_exit();
2312         KKASSERT((m->flags & (PG_MAPPED|PG_WRITEABLE)) == 0);
2313         pmap_inval_done(&info);
2314         lwkt_reltoken(&vm_token);
2315 }
2316
2317 /*
2318  * pmap_protect:
2319  *
2320  *      Set the physical protection on the specified range of this map
2321  *      as requested.
2322  *
2323  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
2324  *      not the kernel_pmap.
2325  */
2326 void
2327 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2328 {
2329         vm_offset_t va_next;
2330         pml4_entry_t *pml4e;
2331         pdp_entry_t *pdpe;
2332         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
2333         pt_entry_t *pte;
2334         pmap_inval_info info;
2335
2336         /* JG review for NX */
2337
2338         if (pmap == NULL)
2339                 return;
2340
2341         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2342                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2343                 return;
2344         }
2345
2346         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2347                 return;
2348
2349         lwkt_gettoken(&vm_token);
2350         pmap_inval_init(&info);
2351
2352         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2353
2354                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
2355                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
2356                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
2357                         if (va_next < sva)
2358                                 va_next = eva;
2359                         continue;
2360                 }
2361
2362                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
2363                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2364                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
2365                         if (va_next < sva)
2366                                 va_next = eva;
2367                         continue;
2368                 }
2369
2370                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2371                 if (va_next < sva)
2372                         va_next = eva;
2373
2374                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
2375                 ptpaddr = *pde;
2376
2377                 /*
2378                  * Check for large page.
2379                  */
2380                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2381                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, -1);
2382                         *pde &= ~(PG_M|PG_RW);
2383                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2384                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2385                         continue;
2386                 }
2387
2388                 /*
2389                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2390                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2391                  */
2392                 if (ptpaddr == 0)
2393                         continue;
2394
2395                 if (va_next > eva)
2396                         va_next = eva;
2397
2398                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
2399                      sva += PAGE_SIZE) {
2400                         pt_entry_t pbits;
2401                         pt_entry_t cbits;
2402                         vm_page_t m;
2403
2404                         /*
2405                          * XXX non-optimal.  Note also that there can be
2406                          * no pmap_inval_flush() calls until after we modify
2407                          * ptbase[sindex] (or otherwise we have to do another
2408                          * pmap_inval_add() call).
2409                          */
2410                         pmap_inval_interlock(&info, pmap, sva);
2411 again:
2412                         pbits = *pte;
2413                         cbits = pbits;
2414                         if ((pbits & PG_V) == 0) {
2415                                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2416                                 continue;
2417                         }
2418                         if (pbits & PG_MANAGED) {
2419                                 m = NULL;
2420                                 if (pbits & PG_A) {
2421                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2422                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
2423                                         cbits &= ~PG_A;
2424                                 }
2425                                 if (pbits & PG_M) {
2426                                         if (pmap_track_modified(sva)) {
2427                                                 if (m == NULL)
2428                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
2429                                                 vm_page_dirty(m);
2430                                                 cbits &= ~PG_M;
2431                                         }
2432                                 }
2433                         }
2434                         cbits &= ~PG_RW;
2435                         if (pbits != cbits &&
2436                             !atomic_cmpset_long(pte, pbits, cbits)) {
2437                                 goto again;
2438                         }
2439                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2440                 }
2441         }
2442         pmap_inval_done(&info);
2443         lwkt_reltoken(&vm_token);
2444 }
2445
2446 /*
2447  *      Insert the given physical page (p) at
2448  *      the specified virtual address (v) in the
2449  *      target physical map with the protection requested.
2450  *
2451  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2452  *      that the related pte can not be reclaimed.
2453  *
2454  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2455  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2456  *      insert this page into the given map NOW.
2457  */
2458 void
2459 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2460            boolean_t wired)
2461 {
2462         vm_paddr_t pa;
2463         pd_entry_t *pde;
2464         pt_entry_t *pte;
2465         vm_paddr_t opa;
2466         pt_entry_t origpte, newpte;
2467         vm_page_t mpte;
2468         pmap_inval_info info;
2469
2470         if (pmap == NULL)
2471                 return;
2472
2473         va = trunc_page(va);
2474 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
2475         if (va >= KvaEnd)
2476                 panic("pmap_enter: toobig");
2477         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
2478                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)", va);
2479 #endif
2480         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2481                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
2482 #ifdef DDB
2483                 db_print_backtrace();
2484 #endif
2485         }
2486         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2487                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
2488 #ifdef DDB
2489                 db_print_backtrace();
2490 #endif
2491         }
2492
2493         lwkt_gettoken(&vm_token);
2494
2495         /*
2496          * In the case that a page table page is not
2497          * resident, we are creating it here.
2498          */
2499         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2500                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
2501         else
2502                 mpte = NULL;
2503
2504         pmap_inval_init(&info);
2505         pde = pmap_pde(pmap, va);
2506         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0) {
2507                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2508                         panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 2MB page");
2509                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2510         } else
2511                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
2512
2513         KKASSERT(pte != NULL);
2514         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2515         origpte = *pte;
2516         opa = origpte & PG_FRAME;
2517
2518         /*
2519          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
2520          */
2521         if (origpte && (opa == pa)) {
2522                 /*
2523                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2524                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2525                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2526                  * the PT page will be also.
2527                  */
2528                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
2529                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2530                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
2531                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2532
2533 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2534                 if (pmap_nw_modified(origpte)) {
2535                         kprintf(
2536         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%lx, pte: 0x%lx\n",
2537                             va, origpte);
2538                 }
2539 #endif
2540
2541                 /*
2542                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
2543                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
2544                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
2545                  * bits below.
2546                  */
2547                 if (mpte)
2548                         mpte->hold_count--;
2549
2550                 /*
2551                  * We might be turning off write access to the page,
2552                  * so we go ahead and sense modify status.
2553                  */
2554                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2555                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2556                                 vm_page_t om;
2557                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2558                                 vm_page_dirty(om);
2559                         }
2560                         pa |= PG_MANAGED;
2561                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
2562                 }
2563                 goto validate;
2564         } 
2565         /*
2566          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2567          * handle validating new mapping.
2568          */
2569         while (opa) {
2570                 int err;
2571                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2572                 if (err)
2573                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%lx", va);
2574                 origpte = *pte;
2575                 opa = origpte & PG_FRAME;
2576                 if (opa) {
2577                         kprintf("pmap_enter: Warning, raced pmap %p va %p\n",
2578                                 pmap, (void *)va);
2579                 }
2580         }
2581
2582         /*
2583          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2584          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2585          * called at interrupt time.
2586          */
2587         if (pmap_initialized && 
2588             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2589                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2590                 pa |= PG_MANAGED;
2591                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2592         }
2593
2594         /*
2595          * Increment counters
2596          */
2597         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2598         if (wired)
2599                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2600
2601 validate:
2602         /*
2603          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2604          */
2605         newpte = (pt_entry_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2606
2607         if (wired)
2608                 newpte |= PG_W;
2609         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2610                 newpte |= PG_U;
2611         if (pmap == &kernel_pmap)
2612                 newpte |= pgeflag;
2613
2614         /*
2615          * if the mapping or permission bits are different, we need
2616          * to update the pte.
2617          */
2618         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2619                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, va);
2620                 *pte = newpte | PG_A;
2621                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
2622                 if (newpte & PG_RW)
2623                         vm_page_flag_set(m, PG_WRITEABLE);
2624         }
2625         KKASSERT((newpte & PG_MANAGED) == 0 || (m->flags & PG_MAPPED));
2626         pmap_inval_done(&info);
2627         lwkt_reltoken(&vm_token);
2628 }
2629
2630 /*
2631  * This code works like pmap_enter() but assumes VM_PROT_READ and not-wired.
2632  * This code also assumes that the pmap has no pre-existing entry for this
2633  * VA.
2634  *
2635  * This code currently may only be used on user pmaps, not kernel_pmap.
2636  */
2637 void
2638 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2639 {
2640         pt_entry_t *pte;
2641         vm_paddr_t pa;
2642         vm_page_t mpte;
2643         vm_pindex_t ptepindex;
2644         pd_entry_t *ptepa;
2645         pmap_inval_info info;
2646
2647         lwkt_gettoken(&vm_token);
2648         pmap_inval_init(&info);
2649
2650         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2651                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2652 #ifdef DDB
2653                 db_print_backtrace();
2654 #endif
2655         }
2656         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2657                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2658 #ifdef DDB
2659                 db_print_backtrace();
2660 #endif
2661         }
2662
2663         KKASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS); /* assert used on user pmaps only */
2664
2665         /*
2666          * Calculate the page table page (mpte), allocating it if necessary.
2667          *
2668          * A held page table page (mpte), or NULL, is passed onto the
2669          * section following.
2670          */
2671         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS) {
2672                 /*
2673                  * Calculate pagetable page index
2674                  */
2675                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2676
2677                 do {
2678                         /*
2679                          * Get the page directory entry
2680                          */
2681                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
2682
2683                         /*
2684                          * If the page table page is mapped, we just increment
2685                          * the hold count, and activate it.
2686                          */
2687                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
2688                                 if (*ptepa & PG_PS)
2689                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 2MB page");
2690 //                              if (pmap->pm_ptphint &&
2691 //                                  (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2692 //                                      mpte = pmap->pm_ptphint;
2693 //                              } else {
2694                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2695                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2696 //                              }
2697                                 if (mpte)
2698                                         mpte->hold_count++;
2699                         } else {
2700                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2701                         }
2702                 } while (mpte == NULL);
2703         } else {
2704                 mpte = NULL;
2705                 /* this code path is not yet used */
2706         }
2707
2708         /*
2709          * With a valid (and held) page directory page, we can just use
2710          * vtopte() to get to the pte.  If the pte is already present
2711          * we do not disturb it.
2712          */
2713         pte = vtopte(va);
2714         if (*pte & PG_V) {
2715                 if (mpte)
2716                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, va, mpte, &info);
2717                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2718                 KKASSERT(((*pte ^ pa) & PG_FRAME) == 0);
2719                 pmap_inval_done(&info);
2720                 lwkt_reltoken(&vm_token);
2721                 return;
2722         }
2723
2724         /*
2725          * Enter on the PV list if part of our managed memory
2726          */
2727         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2728                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2729                 vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2730         }
2731
2732         /*
2733          * Increment counters
2734          */
2735         ++pmap->pm_stats.resident_count;
2736
2737         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2738
2739         /*
2740          * Now validate mapping with RO protection
2741          */
2742         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2743                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2744         else
2745                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2746 /*      pmap_inval_add(&info, pmap, va); shouldn't be needed inval->valid */
2747         pmap_inval_done(&info);
2748         lwkt_reltoken(&vm_token);
2749 }
2750
2751 /*
2752  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2753  * to be used for panic dumps.
2754  */
2755 /* JG Needed on x86_64? */
2756 void *
2757 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2758 {
2759         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2760         return ((void *)crashdumpmap);
2761 }
2762
2763 #define MAX_INIT_PT (96)
2764
2765 /*
2766  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2767  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2768  * immediately after an mmap.
2769  */
2770 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2771
2772 void
2773 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2774                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2775                     vm_size_t size, int limit)
2776 {
2777         struct rb_vm_page_scan_info info;
2778         struct lwp *lp;
2779         vm_size_t psize;
2780
2781         /*
2782          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2783          * or object.
2784          */
2785         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2786                 return;
2787
2788         /*
2789          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2790          */
2791         lp = curthread->td_lwp;
2792         if (lp == NULL || pmap != vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
2793                 return;
2794
2795         psize = x86_64_btop(size);
2796
2797         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2798                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2799                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2800                 return;
2801         }
2802
2803         if (psize + pindex > object->size) {
2804                 if (object->size < pindex)
2805                         return;           
2806                 psize = object->size - pindex;
2807         }
2808
2809         if (psize == 0)
2810                 return;
2811
2812         /*
2813          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2814          * any valid pages found into the pmap.
2815          *
2816          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2817          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2818          */
2819         info.start_pindex = pindex;
2820         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2821         info.limit = limit;
2822         info.mpte = NULL;
2823         info.addr = addr;
2824         info.pmap = pmap;
2825
2826         crit_enter();
2827         lwkt_gettoken(&vm_token);
2828         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2829                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2830         lwkt_reltoken(&vm_token);
2831         crit_exit();
2832 }
2833
2834 static
2835 int
2836 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2837 {
2838         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2839         vm_pindex_t rel_index;
2840         /*
2841          * don't allow an madvise to blow away our really
2842          * free pages allocating pv entries.
2843          */
2844         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2845                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2846                     return(-1);
2847         }
2848         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2849             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2850                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2851                         vm_page_deactivate(p);
2852                 vm_page_busy(p);
2853                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2854                 pmap_enter_quick(info->pmap,
2855                                  info->addr + x86_64_ptob(rel_index), p);
2856                 vm_page_wakeup(p);
2857         }
2858         return(0);
2859 }
2860
2861 /*
2862  * Return TRUE if the pmap is in shape to trivially
2863  * pre-fault the specified address.
2864  *
2865  * Returns FALSE if it would be non-trivial or if a
2866  * pte is already loaded into the slot.
2867  */
2868 int
2869 pmap_prefault_ok(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
2870 {
2871         pt_entry_t *pte;
2872         pd_entry_t *pde;
2873         int ret;
2874
2875         lwkt_gettoken(&vm_token);
2876         pde = pmap_pde(pmap, addr);
2877         if (pde == NULL || *pde == 0) {
2878                 ret = 0;
2879         } else {
2880                 pte = vtopte(addr);
2881                 ret = (*pte) ? 0 : 1;
2882         }
2883         lwkt_reltoken(&vm_token);
2884         return(ret);
2885 }
2886
2887 /*
2888  *      Routine:        pmap_change_wiring
2889  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2890  *                      pair.
2891  *      In/out conditions:
2892  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2893  */
2894 void
2895 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2896 {
2897         pt_entry_t *pte;
2898
2899         if (pmap == NULL)
2900                 return;
2901
2902         lwkt_gettoken(&vm_token);
2903         pte = pmap_pte(pmap, va);
2904
2905         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2906                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2907         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2908                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2909
2910         /*
2911          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2912          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2913          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2914          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2915          * wiring changes.
2916          */
2917 #ifdef SMP
2918         if (wired)
2919                 atomic_set_long(pte, PG_W);
2920         else
2921                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
2922 #else
2923         if (wired)
2924                 atomic_set_long_nonlocked(pte, PG_W);
2925         else
2926                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_W);
2927 #endif
2928         lwkt_reltoken(&vm_token);
2929 }
2930
2931
2932
2933 /*
2934  *      Copy the range specified by src_addr/len
2935  *      from the source map to the range dst_addr/len
2936  *      in the destination map.
2937  *
2938  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2939  */
2940 void
2941 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2942           vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2943 {
2944         return;
2945 #if 0
2946         pmap_inval_info info;
2947         vm_offset_t addr;
2948         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2949         vm_offset_t pdnxt;
2950         pd_entry_t src_frame, dst_frame;
2951         vm_page_t m;
2952
2953         if (dst_addr != src_addr)
2954                 return;
2955 #if JGPMAP32
2956         src_frame = src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2957         if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME)) {
2958                 return;
2959         }
2960
2961         dst_frame = dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
2962         if (dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)) {
2963                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2964                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2965                 cpu_invltlb();
2966         }
2967 #endif
2968         pmap_inval_init(&info);
2969         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2970         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2971
2972         /*
2973          * critical section protection is required to maintain the page/object
2974          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2975          * their objects.
2976          */
2977         crit_enter();
2978         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2979                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
2980                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2981                 vm_offset_t srcptepaddr;
2982                 vm_pindex_t ptepindex;
2983
2984                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2985                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2986
2987                 /*
2988                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2989                  * way below the low water mark of free pages or way
2990                  * above high water mark of used pv entries.
2991                  */
2992                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2993                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2994                         break;
2995                 
2996                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2997                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2998
2999 #if JGPMAP32
3000                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3001 #endif
3002                 if (srcptepaddr == 0)
3003                         continue;
3004                         
3005                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3006 #if JGPMAP32
3007                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
3008                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
3009                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3010                         }
3011 #endif
3012                         continue;
3013                 }
3014
3015                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
3016                 if ((srcmpte == NULL) || (srcmpte->hold_count == 0) ||
3017                     (srcmpte->flags & PG_BUSY)) {
3018                         continue;
3019                 }
3020
3021                 if (pdnxt > end_addr)
3022                         pdnxt = end_addr;
3023
3024                 src_pte = vtopte(addr);
3025 #if JGPMAP32
3026                 dst_pte = avtopte(addr);
3027 #endif
3028                 while (addr < pdnxt) {
3029                         pt_entry_t ptetemp;
3030
3031                         ptetemp = *src_pte;
3032                         /*
3033                          * we only virtual copy managed pages
3034                          */
3035                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3036                                 /*
3037                                  * We have to check after allocpte for the
3038                                  * pte still being around...  allocpte can
3039                                  * block.
3040                                  *
3041                                  * pmap_allocpte() can block.  If we lose
3042                                  * our page directory mappings we stop.
3043                                  */
3044                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
3045
3046 #if JGPMAP32
3047                                 if (src_frame != (PTDpde & PG_FRAME) ||
3048                                     dst_frame != (APTDpde & PG_FRAME)
3049                                 ) {
3050                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: detected and corrected race\n");
3051                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3052                                         goto failed;
3053                                 } else if ((*dst_pte == 0) &&
3054                                            (ptetemp = *src_pte) != 0 &&
3055                                            (ptetemp & PG_MANAGED)) {
3056                                         /*
3057                                          * Clear the modified and
3058                                          * accessed (referenced) bits
3059                                          * during the copy.
3060                                          */
3061                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
3062                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
3063                                         ++dst_pmap->pm_stats.resident_count;
3064                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
3065                                                 dstmpte, m);
3066                                         KKASSERT(m->flags & PG_MAPPED);
3067                                 } else {
3068                                         kprintf("WARNING: pmap_copy: dst_pte race detected and corrected\n");
3069                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
3070                                         goto failed;
3071                                 }
3072 #endif
3073                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
3074                                         break;
3075                         }
3076                         addr += PAGE_SIZE;
3077                         src_pte++;
3078                         dst_pte++;
3079                 }
3080         }
3081 failed:
3082         crit_exit();
3083         pmap_inval_done(&info);
3084 #endif
3085 }       
3086
3087 /*
3088  * pmap_zero_page:
3089  *
3090  *      Zero the specified physical page.
3091  *
3092  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
3093  *      required.
3094  */
3095 void
3096 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
3097 {
3098         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(phys);
3099
3100         pagezero((void *)va);
3101 }
3102
3103 /*
3104  * pmap_page_assertzero:
3105  *
3106  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
3107  */
3108 void
3109 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
3110 {
3111         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3112         int i;
3113
3114         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += sizeof(long)) {
3115             if (*(long *)((char *)virt + i) != 0) {
3116                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n", (void *)virt);
3117             }
3118         }
3119 }
3120
3121 /*
3122  * pmap_zero_page:
3123  *
3124  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
3125  *      its contents with bzero.
3126  *
3127  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3128  */
3129 void
3130 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
3131 {
3132         vm_offset_t virt = PHYS_TO_DMAP(phys);
3133
3134         bzero((char *)virt + off, size);
3135 }
3136
3137 /*
3138  * pmap_copy_page:
3139  *
3140  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3141  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3142  *      is required.
3143  */
3144 void
3145 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
3146 {
3147         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3148
3149         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3150         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3151         bcopy((void *)src_virt, (void *)dst_virt, PAGE_SIZE);
3152 }
3153
3154 /*
3155  * pmap_copy_page_frag:
3156  *
3157  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
3158  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
3159  *      is required.
3160  */
3161 void
3162 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
3163 {
3164         vm_offset_t src_virt, dst_virt;
3165
3166         src_virt = PHYS_TO_DMAP(src);
3167         dst_virt = PHYS_TO_DMAP(dst);
3168
3169         bcopy((char *)src_virt + (src & PAGE_MASK),
3170               (char *)dst_virt + (dst & PAGE_MASK),
3171               bytes);
3172 }
3173
3174 /*
3175  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3176  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3177  * be changed upwards or downwards in the future; it
3178  * is only necessary that true be returned for a small
3179  * subset of pmaps for proper page aging.
3180  */
3181 boolean_t
3182 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3183 {
3184         pv_entry_t pv;
3185         int loops = 0;
3186
3187         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3188                 return FALSE;
3189
3190         crit_enter();
3191         lwkt_gettoken(&vm_token);
3192
3193         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3194                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
3195                         lwkt_reltoken(&vm_token);
3196                         crit_exit();
3197                         return TRUE;
3198                 }
3199                 loops++;
3200                 if (loops >= 16)
3201                         break;
3202         }
3203         lwkt_reltoken(&vm_token);
3204         crit_exit();
3205         return (FALSE);
3206 }
3207
3208 /*
3209  * Remove all pages from specified address space
3210  * this aids process exit speeds.  Also, this code
3211  * is special cased for current process only, but
3212  * can have the more generic (and slightly slower)
3213  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
3214  * in the case of running down an entire address space.
3215  */
3216 void
3217 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3218 {
3219         struct lwp *lp;
3220         pt_entry_t *pte, tpte;
3221         pv_entry_t pv, npv;
3222         vm_page_t m;
3223         pmap_inval_info info;
3224         int iscurrentpmap;
3225         int save_generation;
3226
3227         lp = curthread->td_lwp;
3228         if (lp && pmap == vmspace_pmap(lp->lwp_vmspace))
3229                 iscurrentpmap = 1;
3230         else
3231                 iscurrentpmap = 0;
3232
3233         lwkt_gettoken(&vm_token);
3234         pmap_inval_init(&info);
3235         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
3236                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
3237                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3238                         continue;
3239                 }
3240
3241                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
3242
3243                 if (iscurrentpmap)
3244                         pte = vtopte(pv->pv_va);
3245                 else
3246                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3247                 pmap_inval_interlock(&info, pmap, pv->pv_va);
3248
3249                 /*
3250                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
3251                  * at this time
3252                  */
3253                 if (*pte & PG_W) {
3254                         pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3255                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3256                         continue;
3257                 }
3258                 tpte = pte_load_clear(pte);
3259
3260                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3261
3262                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3263                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %lx", tpte));
3264
3265                 KKASSERT(pmap->pm_stats.resident_count > 0);
3266                 --pmap->pm_stats.resident_count;
3267                 pmap_inval_deinterlock(&info, pmap);
3268
3269                 /*
3270                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3271                  */
3272                 if (tpte & PG_M) {
3273                         vm_page_dirty(m);
3274                 }
3275
3276                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
3277                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
3278                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
3279
3280                 m->md.pv_list_count--;
3281                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3282                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list))
3283                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
3284
3285                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
3286                 free_pv_entry(pv);
3287
3288                 /*
3289                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
3290                  * calls and other removals were made.
3291                  */
3292                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
3293                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
3294                         npv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
3295                 }
3296         }
3297         pmap_inval_done(&info);
3298         lwkt_reltoken(&vm_token);
3299 }
3300
3301 /*
3302  * pmap_testbit tests bits in pte's
3303  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
3304  * and a lot of things compile-time evaluate.
3305  */
3306 static
3307 boolean_t
3308 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
3309 {
3310         pv_entry_t pv;
3311         pt_entry_t *pte;
3312
3313         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3314                 return FALSE;
3315
3316         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
3317                 return FALSE;
3318
3319         crit_enter();
3320
3321         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3322                 /*
3323                  * if the bit being tested is the modified bit, then
3324                  * mark clean_map and ptes as never
3325                  * modified.
3326                  */
3327                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
3328                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3329                                 continue;
3330                 }
3331
3332 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3333                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3334                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3335                         continue;
3336                 }
3337 #endif
3338                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3339                 if (*pte & bit) {
3340                         crit_exit();
3341                         return TRUE;
3342                 }
3343         }
3344         crit_exit();
3345         return (FALSE);
3346 }
3347
3348 /*
3349  * this routine is used to modify bits in ptes
3350  */
3351 static __inline
3352 void
3353 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
3354 {
3355         struct pmap_inval_info info;
3356         pv_entry_t pv;
3357         pt_entry_t *pte;
3358         pt_entry_t pbits;
3359
3360         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3361                 return;
3362
3363         pmap_inval_init(&info);
3364
3365         /*
3366          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
3367          * setting RO do we need to clear the VAC?
3368          */
3369         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3370                 /*
3371                  * don't write protect pager mappings
3372                  */
3373                 if (bit == PG_RW) {
3374                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3375                                 continue;
3376                 }
3377
3378 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
3379                 if (pv->pv_pmap == NULL) {
3380                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%lx\n", pv->pv_va);
3381                         continue;
3382                 }
3383 #endif
3384
3385                 /*
3386                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
3387                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
3388                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
3389                  *
3390                  * We do not have to force synchronization when clearing
3391                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
3392                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
3393                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
3394                  */
3395                 if (bit & PG_RW)
3396                         pmap_inval_interlock(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3397                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3398 again:
3399                 pbits = *pte;
3400                 if (pbits & bit) {
3401                         if (bit == PG_RW) {
3402                                 if (pbits & PG_M) {
3403                                         vm_page_dirty(m);
3404                                         atomic_clear_long(pte, PG_M|PG_RW);
3405                                 } else {
3406                                         /*
3407                                          * The cpu may be trying to set PG_M
3408                                          * simultaniously with our clearing
3409                                          * of PG_RW.
3410                                          */
3411                                         if (!atomic_cmpset_long(pte, pbits,
3412                                                                pbits & ~PG_RW))
3413                                                 goto again;
3414                                 }
3415                         } else if (bit == PG_M) {
3416                                 /*
3417                                  * We could also clear PG_RW here to force
3418                                  * a fault on write to redetect PG_M for
3419                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
3420                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
3421                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
3422                                  * virtual page tables.
3423                                  */
3424                                 atomic_clear_long(pte, PG_M);
3425                         } else {
3426                                 atomic_clear_long(pte, bit);
3427                         }
3428                 }
3429                 if (bit & PG_RW)
3430                         pmap_inval_deinterlock(&info, pv->pv_pmap);
3431         }
3432         pmap_inval_done(&info);
3433 }
3434
3435 /*
3436  *      pmap_page_protect:
3437  *
3438  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
3439  */
3440 void
3441 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3442 {
3443         /* JG NX support? */
3444         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3445                 lwkt_gettoken(&vm_token);
3446                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
3447                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
3448                         vm_page_flag_clear(m, PG_WRITEABLE);
3449                 } else {
3450                         pmap_remove_all(m);
3451                 }
3452                 lwkt_reltoken(&vm_token);
3453         }
3454 }
3455
3456 vm_paddr_t
3457 pmap_phys_address(vm_pindex_t ppn)
3458 {
3459         return (x86_64_ptob(ppn));
3460 }
3461
3462 /*
3463  *      pmap_ts_referenced:
3464  *
3465  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3466  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3467  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3468  *      reference bits set.
3469  *
3470  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
3471  *      should be tested and standardized at some point in the future for
3472  *      optimal aging of shared pages.
3473  */
3474 int
3475 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3476 {
3477         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
3478         pt_entry_t *pte;
3479         int rtval = 0;
3480
3481         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
3482                 return (rtval);
3483
3484         crit_enter();
3485         lwkt_gettoken(&vm_token);
3486
3487         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3488
3489                 pvf = pv;
3490
3491                 do {
3492                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
3493
3494                         crit_enter();
3495                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3496                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3497                         crit_exit();
3498
3499                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3500                                 continue;
3501
3502                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3503
3504                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3505 #ifdef SMP
3506                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
3507 #else
3508                                 atomic_clear_long_nonlocked(pte, PG_A);
3509 #endif
3510                                 rtval++;
3511                                 if (rtval > 4) {
3512                                         break;
3513                                 }
3514                         }
3515                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3516         }
3517         lwkt_reltoken(&vm_token);
3518         crit_exit();
3519
3520         return (rtval);
3521 }
3522
3523 /*
3524  *      pmap_is_modified:
3525  *
3526  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3527  *      in any physical maps.
3528  */
3529 boolean_t
3530 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3531 {
3532         boolean_t res;
3533
3534         lwkt_gettoken(&vm_token);
3535         res = pmap_testbit(m, PG_M);
3536         lwkt_reltoken(&vm_token);
3537         return (res);
3538 }
3539
3540 /*
3541  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3542  */
3543 void
3544 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3545 {
3546         lwkt_gettoken(&vm_token);
3547         pmap_clearbit(m, PG_M);
3548         lwkt_reltoken(&vm_token);
3549 }
3550
3551 /*
3552  *      pmap_clear_reference:
3553  *
3554  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3555  */
3556 void
3557 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3558 {
3559         lwkt_gettoken(&vm_token);
3560         pmap_clearbit(m, PG_A);
3561         lwkt_reltoken(&vm_token);
3562 }
3563
3564 /*
3565  * Miscellaneous support routines follow
3566  */
3567
3568 static
3569 void
3570 i386_protection_init(void)
3571 {
3572         int *kp, prot;
3573
3574         /* JG NX support may go here; No VM_PROT_EXECUTE ==> set NX bit  */
3575         kp = protection_codes;
3576         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3577                 switch (prot) {
3578                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3579                         /*
3580                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3581                          * so just make it readable.
3582                          */
3583                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3584                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3585                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3586                         *kp++ = 0;
3587                         break;
3588                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3589                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3590                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3591                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3592                         *kp++ = PG_RW;
3593                         break;
3594                 }
3595         }
3596 }
3597
3598 /*
3599  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3600  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3601  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3602  * NOT real memory.
3603  *
3604  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3605  * a time.
3606  */
3607 void *
3608 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3609 {
3610         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3611         pt_entry_t *pte;
3612
3613         offset = pa & PAGE_MASK;
3614         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3615
3616         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3617         if (va == 0)
3618                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3619
3620         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3621         for (tmpva = va; size > 0;) {
3622                 pte = vtopte(tmpva);
3623                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3624                 size -= PAGE_SIZE;
3625                 tmpva += PAGE_SIZE;
3626                 pa += PAGE_SIZE;
3627         }
3628         cpu_invltlb();
3629         smp_invltlb();
3630
3631         return ((void *)(va + offset));
3632 }
3633
3634 void *
3635 pmap_mapdev_uncacheable(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3636 {
3637         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3638         pt_entry_t *pte;
3639
3640         offset = pa & PAGE_MASK;
3641         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3642
3643         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size, PAGE_SIZE);
3644         if (va == 0)
3645                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3646
3647         pa = pa & ~PAGE_MASK;
3648         for (tmpva = va; size > 0;) {
3649                 pte = vtopte(tmpva);
3650                 *pte = pa | PG_RW | PG_V | PG_N; /* | pgeflag; */
3651                 size -= PAGE_SIZE;
3652                 tmpva += PAGE_SIZE;
3653                 pa += PAGE_SIZE;
3654         }
3655         cpu_invltlb();
3656         smp_invltlb();
3657
3658         return ((void *)(va + offset));
3659 }
3660
3661 void
3662 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3663 {
3664         vm_offset_t base, offset;
3665
3666         base = va & ~PAGE_MASK;
3667         offset = va & PAGE_MASK;
3668         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3669         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3670         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3671 }
3672
3673 /*
3674  * perform the pmap work for mincore
3675  */
3676 int
3677 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3678 {
3679         pt_entry_t *ptep, pte;
3680         vm_page_t m;
3681         int val = 0;
3682         
3683         lwkt_gettoken(&vm_token);
3684         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3685
3686         if (ptep && (pte = *ptep) != 0) {
3687                 vm_offset_t pa;
3688
3689                 val = MINCORE_INCORE;
3690                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3691                         goto done;
3692
3693                 pa = pte & PG_FRAME;
3694
3695                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3696
3697                 /*
3698                  * Modified by us
3699                  */
3700                 if (pte & PG_M)
3701                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3702                 /*
3703                  * Modified by someone
3704                  */
3705                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3706                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3707                 /*
3708                  * Referenced by us
3709                  */
3710                 if (pte & PG_A)
3711                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3712
3713                 /*
3714                  * Referenced by someone
3715                  */
3716                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3717                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3718                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3719                 }
3720         } 
3721 done:
3722         lwkt_reltoken(&vm_token);
3723         return val;
3724 }
3725
3726 /*
3727  * Replace p->p_vmspace with a new one.  If adjrefs is non-zero the new
3728  * vmspace will be ref'd and the old one will be deref'd.
3729  *
3730  * The vmspace for all lwps associated with the process will be adjusted
3731  * and cr3 will be reloaded if any lwp is the current lwp.
3732  */
3733 void
3734 pmap_replacevm(struct proc *p, struct vmspace *newvm, int adjrefs)
3735 {
3736         struct vmspace *oldvm;
3737         struct lwp *lp;
3738
3739         crit_enter();
3740         oldvm = p->p_vmspace;
3741         if (oldvm != newvm) {
3742                 p->p_vmspace = newvm;
3743                 KKASSERT(p->p_nthreads == 1);
3744                 lp = RB_ROOT(&p->p_lwp_tree);
3745                 pmap_setlwpvm(lp, newvm);
3746                 if (adjrefs) {
3747                         sysref_get(&newvm->vm_sysref);
3748                         sysref_put(&oldvm->vm_sysref);
3749                 }
3750         }
3751         crit_exit();
3752 }
3753
3754 /*
3755  * Set the vmspace for a LWP.  The vmspace is almost universally set the
3756  * same as the process vmspace, but virtual kernels need to swap out contexts
3757  * on a per-lwp basis.
3758  */
3759 void
3760 pmap_setlwpvm(struct lwp *lp, struct vmspace *newvm)
3761 {
3762         struct vmspace *oldvm;
3763         struct pmap *pmap;
3764
3765         crit_enter();
3766         oldvm = lp->lwp_vmspace;
3767
3768         if (oldvm != newvm) {
3769                 lp->lwp_vmspace = newvm;
3770                 if (curthread->td_lwp == lp) {
3771                         pmap = vmspace_pmap(newvm);
3772 #if defined(SMP)
3773                         atomic_set_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3774                         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK)
3775                                 pmap_interlock_wait(newvm);
3776 #else
3777                         pmap->pm_active |= 1;
3778 #endif
3779 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3780                         tlb_flush_count++;
3781 #endif
3782                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pml4);
3783                         curthread->td_pcb->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
3784                         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3785                         pmap = vmspace_pmap(oldvm);
3786 #if defined(SMP)
3787                         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, mycpu->gd_cpumask);
3788 #else
3789                         pmap->pm_active &= ~1;
3790 #endif
3791                 }
3792         }
3793         crit_exit();
3794 }
3795
3796 #ifdef SMP
3797
3798 /*
3799  * Called when switching to a locked pmap
3800  */
3801 void
3802 pmap_interlock_wait(struct vmspace *vm)
3803 {
3804         struct pmap *pmap = &vm->vm_pmap;
3805
3806         if (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3807                 while (pmap->pm_active & CPUMASK_LOCK) {
3808                         cpu_pause();
3809                         cpu_ccfence();
3810                         lwkt_process_ipiq();
3811                 }
3812         }
3813 }
3814
3815 #endif
3816
3817 vm_offset_t
3818 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3819 {
3820
3821         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3822                 return addr;
3823         }
3824
3825         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3826         return addr;
3827 }