Merge from vendor branch BIND:
[dragonfly.git] / sys / platform / pc32 / i386 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  *
9  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
10  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
11  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
12  *
13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
14  * modification, are permitted provided that the following conditions
15  * are met:
16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
22  *    must display the following acknowledgement:
23  *      This product includes software developed by the University of
24  *      California, Berkeley and its contributors.
25  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
26  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
27  *    without specific prior written permission.
28  *
29  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
30  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
31  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
32  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
33  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
34  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
35  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
36  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
37  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
38  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
39  * SUCH DAMAGE.
40  *
41  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
43  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/i386/pmap.c,v 1.73 2007/02/03 17:05:58 corecode Exp $
44  */
45
46 /*
47  *      Manages physical address maps.
48  *
49  *      In addition to hardware address maps, this
50  *      module is called upon to provide software-use-only
51  *      maps which may or may not be stored in the same
52  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
53  *      used to store intermediate results from copy
54  *      operations to and from address spaces.
55  *
56  *      Since the information managed by this module is
57  *      also stored by the logical address mapping module,
58  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
59  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
60  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
61  *      requested.
62  *
63  *      In order to cope with hardware architectures which
64  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
65  *      this module may delay invalidate or reduced protection
66  *      operations until such time as they are actually
67  *      necessary.  This module is given full information as
68  *      to which processors are currently using which maps,
69  *      and to when physical maps must be made correct.
70  */
71
72 #include "opt_disable_pse.h"
73 #include "opt_pmap.h"
74 #include "opt_msgbuf.h"
75
76 #include <sys/param.h>
77 #include <sys/systm.h>
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/msgbuf.h>
81 #include <sys/vmmeter.h>
82 #include <sys/mman.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_param.h>
86 #include <sys/sysctl.h>
87 #include <sys/lock.h>
88 #include <vm/vm_kern.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_map.h>
91 #include <vm/vm_object.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/vm_pageout.h>
94 #include <vm/vm_pager.h>
95 #include <vm/vm_zone.h>
96
97 #include <sys/user.h>
98 #include <sys/thread2.h>
99
100 #include <machine/cputypes.h>
101 #include <machine/md_var.h>
102 #include <machine/specialreg.h>
103 #include <machine/smp.h>
104 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
105 #include <machine/globaldata.h>
106 #include <machine/pmap.h>
107 #include <machine/pmap_inval.h>
108
109 #include <ddb/ddb.h>
110
111 #define PMAP_KEEP_PDIRS
112 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
113 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
114 #endif
115
116 #if defined(DIAGNOSTIC)
117 #define PMAP_DIAGNOSTIC
118 #endif
119
120 #define MINPV 2048
121
122 #if !defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
123 #define PMAP_INLINE __inline
124 #else
125 #define PMAP_INLINE
126 #endif
127
128 /*
129  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
130  */
131 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
132 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
133
134 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
135 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
136 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
137 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
138 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
139
140
141 /*
142  * Given a map and a machine independent protection code,
143  * convert to a vax protection code.
144  */
145 #define pte_prot(m, p)          \
146         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
147 static int protection_codes[8];
148
149 struct pmap kernel_pmap;
150 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
151
152 vm_paddr_t avail_start;         /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual_start;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
155 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
156 vm_offset_t KvaStart;           /* VA start of KVA space */
157 vm_offset_t KvaEnd;             /* VA end of KVA space (non-inclusive) */
158 vm_offset_t KvaSize;            /* max size of kernel virtual address space */
159 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
160 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
161 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
162
163 static vm_object_t kptobj;
164
165 static int nkpt;
166 vm_offset_t kernel_vm_end;
167
168 /*
169  * Data for the pv entry allocation mechanism
170  */
171 static vm_zone_t pvzone;
172 static struct vm_zone pvzone_store;
173 static struct vm_object pvzone_obj;
174 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
175 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
176 static struct pv_entry *pvinit;
177
178 /*
179  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
180  */
181 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
182 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
183 static pt_entry_t *msgbufmap;
184 struct msgbuf *msgbufp=0;
185
186 /*
187  * Crashdump maps.
188  */
189 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
190 static caddr_t crashdumpmap;
191
192 extern pt_entry_t *SMPpt;
193
194 static PMAP_INLINE void free_pv_entry (pv_entry_t pv);
195 static unsigned * get_ptbase (pmap_t pmap);
196 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
197 static void     i386_protection_init (void);
198 static __inline void    pmap_clearbit (vm_page_t m, int bit);
199
200 static void     pmap_remove_all (vm_page_t m);
201 static vm_page_t pmap_enter_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
202                                       vm_page_t m, vm_page_t mpte);
203 static int pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, unsigned *ptq, 
204                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
205 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
206                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
207 static int pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
208                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
209 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
210 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
211                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
212
213 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
214
215 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
216 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, unsigned ptepindex);
217 static unsigned * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
218 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
219 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
220 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
221
222 static unsigned pdir4mb;
223
224 /*
225  * Move the kernel virtual free pointer to the next
226  * 4MB.  This is used to help improve performance
227  * by using a large (4MB) page for much of the kernel
228  * (.text, .data, .bss)
229  */
230 static vm_offset_t
231 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
232 {
233         vm_offset_t newaddr = addr;
234 #ifndef DISABLE_PSE
235         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
236                 newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
237         }
238 #endif
239         return newaddr;
240 }
241
242 /*
243  * pmap_pte:
244  *
245  *      Extract the page table entry associated with the given map/virtual
246  *      pair.
247  *
248  *      This function may NOT be called from an interrupt.
249  */
250 PMAP_INLINE unsigned *
251 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
252 {
253         unsigned *pdeaddr;
254
255         if (pmap) {
256                 pdeaddr = (unsigned *) pmap_pde(pmap, va);
257                 if (*pdeaddr & PG_PS)
258                         return pdeaddr;
259                 if (*pdeaddr) {
260                         return get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
261                 }
262         }
263         return (0);
264 }
265
266 /*
267  * pmap_pte_quick:
268  *
269  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
270  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
271  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
272  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
273  *
274  *      Should only be called while in a critical section.
275  */
276 static unsigned * 
277 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
278 {
279         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
280         unsigned pde, newpf;
281
282         if ((pde = (unsigned) pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT]) != 0) {
283                 unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
284                 unsigned index = i386_btop(va);
285                 /* are we current address space or kernel? */
286                 if ((pmap == &kernel_pmap) ||
287                         (frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME))) {
288                         return (unsigned *) PTmap + index;
289                 }
290                 newpf = pde & PG_FRAME;
291                 if ( ((* (unsigned *) gd->gd_PMAP1) & PG_FRAME) != newpf) {
292                         * (unsigned *) gd->gd_PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V;
293                         cpu_invlpg(gd->gd_PADDR1);
294                 }
295                 return gd->gd_PADDR1 + ((unsigned) index & (NPTEPG - 1));
296         }
297         return (0);
298 }
299
300
301 /*
302  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
303  *
304  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
305  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
306  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
307  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
308  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
309  *      (physical) address starting relative to 0]
310  */
311 void
312 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr, vm_paddr_t loadaddr)
313 {
314         vm_offset_t va;
315         pt_entry_t *pte;
316         struct mdglobaldata *gd;
317         int i;
318         int pg;
319
320         KvaStart = (vm_offset_t)VADDR(PTDPTDI, 0);
321         KvaSize = (vm_offset_t)VADDR(APTDPTDI, 0) - KvaStart;
322         KvaEnd  = KvaStart + KvaSize;
323
324         avail_start = firstaddr;
325
326         /*
327          * XXX The calculation of virtual_start is wrong. It's NKPT*PAGE_SIZE
328          * too large. It should instead be correctly calculated in locore.s and
329          * not based on 'first' (which is a physical address, not a virtual
330          * address, for the start of unused physical memory). The kernel
331          * page tables are NOT double mapped and thus should not be included
332          * in this calculation.
333          */
334         virtual_start = (vm_offset_t) KERNBASE + firstaddr;
335         virtual_start = pmap_kmem_choose(virtual_start);
336         virtual_end = VADDR(KPTDI+NKPDE-1, NPTEPG-1);
337
338         /*
339          * Initialize protection array.
340          */
341         i386_protection_init();
342
343         /*
344          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
345          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
346          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
347          */
348         kernel_pmap.pm_pdir = (pd_entry_t *)(KERNBASE + (u_int)IdlePTD);
349         kernel_pmap.pm_count = 1;
350         kernel_pmap.pm_active = (cpumask_t)-1;  /* don't allow deactivation */
351         TAILQ_INIT(&kernel_pmap.pm_pvlist);
352         nkpt = NKPT;
353
354         /*
355          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
356          * mapping of pages.
357          */
358 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
359         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
360
361         va = virtual_start;
362         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(&kernel_pmap, va);
363
364         /*
365          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
366          */
367         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
368
369         /*
370          * Crashdump maps.
371          */
372         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
373
374         /*
375          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
376          * /dev/mem.
377          */
378         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
379
380         /*
381          * msgbufp is used to map the system message buffer.
382          * XXX msgbufmap is not used.
383          */
384         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
385                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
386
387         virtual_start = va;
388
389         *(int *) CMAP1 = 0;
390         for (i = 0; i < NKPT; i++)
391                 PTD[i] = 0;
392
393         /*
394          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
395          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
396          * works under UP because self-referential page table mappings
397          */
398 #ifdef SMP
399         pgeflag = 0;
400 #else
401         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
402                 pgeflag = PG_G;
403 #endif
404         
405 /*
406  * Initialize the 4MB page size flag
407  */
408         pseflag = 0;
409 /*
410  * The 4MB page version of the initial
411  * kernel page mapping.
412  */
413         pdir4mb = 0;
414
415 #if !defined(DISABLE_PSE)
416         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
417                 unsigned ptditmp;
418                 /*
419                  * Note that we have enabled PSE mode
420                  */
421                 pseflag = PG_PS;
422                 ptditmp = *((unsigned *)PTmap + i386_btop(KERNBASE));
423                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
424                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
425                 pdir4mb = ptditmp;
426
427 #ifndef SMP
428                 /*
429                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
430                  * now because the APs will not be able to use it when
431                  * they boot up.
432                  */
433                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
434
435                 /*
436                  * We can do the mapping here for the single processor
437                  * case.  We simply ignore the old page table page from
438                  * now on.
439                  */
440                 /*
441                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
442                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
443                  */
444                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
445                 kernel_pmap.pm_pdir[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
446                 cpu_invltlb();
447 #endif
448         }
449 #endif
450 #ifdef SMP
451         if (cpu_apic_address == 0)
452                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
453
454         /* local apic is mapped on last page */
455         SMPpt[NPTEPG - 1] = (pt_entry_t)(PG_V | PG_RW | PG_N | pgeflag |
456             (cpu_apic_address & PG_FRAME));
457 #endif
458
459         /*
460          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
461          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
462          * portion.
463          */
464         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
465         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
466         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
467         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
468         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
469         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
470         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
471         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
472         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
473         gd->gd_PADDR1 = (unsigned *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
474
475         cpu_invltlb();
476 }
477
478 #ifdef SMP
479 /*
480  * Set 4mb pdir for mp startup
481  */
482 void
483 pmap_set_opt(void)
484 {
485         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
486                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
487                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
488                         kernel_pmap.pm_pdir[KPTDI] =
489                             PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)pdir4mb;
490                         cpu_invltlb();
491                 }
492         }
493 }
494 #endif
495
496 /*
497  *      Initialize the pmap module.
498  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
499  *      system needs to map virtual memory.
500  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
501  *      way, discontiguous physical memory.
502  */
503 void
504 pmap_init(void)
505 {
506         int i;
507         int initial_pvs;
508
509         /*
510          * object for kernel page table pages
511          */
512         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NKPDE);
513
514         /*
515          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
516          * pv_head_table.
517          */
518
519         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
520                 vm_page_t m;
521
522                 m = &vm_page_array[i];
523                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
524                 m->md.pv_list_count = 0;
525         }
526
527         /*
528          * init the pv free list
529          */
530         initial_pvs = vm_page_array_size;
531         if (initial_pvs < MINPV)
532                 initial_pvs = MINPV;
533         pvzone = &pvzone_store;
534         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(&kernel_map,
535                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
536         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
537                 initial_pvs);
538
539         /*
540          * Now it is safe to enable pv_table recording.
541          */
542         pmap_initialized = TRUE;
543 }
544
545 /*
546  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
547  * high water mark so that the system can recover from excessive
548  * numbers of pv entries.
549  */
550 void
551 pmap_init2(void)
552 {
553         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
554
555         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
556         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
557         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
558         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
559         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
560 }
561
562
563 /***************************************************
564  * Low level helper routines.....
565  ***************************************************/
566
567 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
568
569 /*
570  * This code checks for non-writeable/modified pages.
571  * This should be an invalid condition.
572  */
573 static int
574 pmap_nw_modified(pt_entry_t ptea)
575 {
576         int pte;
577
578         pte = (int) ptea;
579
580         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
581                 return 1;
582         else
583                 return 0;
584 }
585 #endif
586
587
588 /*
589  * this routine defines the region(s) of memory that should
590  * not be tested for the modified bit.
591  */
592 static PMAP_INLINE int
593 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
594 {
595         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
596                 return 1;
597         else
598                 return 0;
599 }
600
601 static unsigned *
602 get_ptbase(pmap_t pmap)
603 {
604         unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
605         struct globaldata *gd = mycpu;
606
607         /* are we current address space or kernel? */
608         if (pmap == &kernel_pmap || frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
609                 return (unsigned *) PTmap;
610         }
611
612         /* otherwise, we are alternate address space */
613         KKASSERT(gd->gd_intr_nesting_level == 0 &&
614                  (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD) == 0);
615
616         if (frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
617                 APTDpde = (pd_entry_t)(frame | PG_RW | PG_V);
618                 /* The page directory is not shared between CPUs */
619                 cpu_invltlb();
620         }
621         return (unsigned *) APTmap;
622 }
623
624 /*
625  * pmap_extract:
626  *
627  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
628  *
629  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
630  *      not kernel_pmap.
631  */
632 vm_paddr_t 
633 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
634 {
635         vm_offset_t rtval;
636         vm_offset_t pdirindex;
637
638         pdirindex = va >> PDRSHIFT;
639         if (pmap && (rtval = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex])) {
640                 unsigned *pte;
641                 if ((rtval & PG_PS) != 0) {
642                         rtval &= ~(NBPDR - 1);
643                         rtval |= va & (NBPDR - 1);
644                         return rtval;
645                 }
646                 pte = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
647                 rtval = ((*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
648                 return rtval;
649         }
650         return 0;
651 }
652
653 /***************************************************
654  * Low level mapping routines.....
655  ***************************************************/
656
657 /*
658  * Routine: pmap_kenter
659  * Function:
660  *      Add a wired page to the KVA
661  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
662  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
663  */
664 void 
665 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
666 {
667         unsigned *pte;
668         unsigned npte;
669         pmap_inval_info info;
670
671         pmap_inval_init(&info);
672         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
673         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
674         pte = (unsigned *)vtopte(va);
675         *pte = npte;
676         pmap_inval_flush(&info);
677 }
678
679 /*
680  * Routine: pmap_kenter_quick
681  * Function:
682  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
683  *      mapping on the current CPU.
684  */
685 void
686 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
687 {
688         unsigned *pte;
689         unsigned npte;
690
691         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
692         pte = (unsigned *)vtopte(va);
693         *pte = npte;
694         cpu_invlpg((void *)va);
695 }
696
697 void
698 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
699 {
700         pmap_inval_info info;
701
702         pmap_inval_init(&info);
703         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
704         pmap_inval_flush(&info);
705 }
706
707 void
708 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
709 {
710         cpu_invlpg((void *)va);
711 }
712
713 /*
714  * remove a page from the kernel pagetables
715  */
716 void
717 pmap_kremove(vm_offset_t va)
718 {
719         unsigned *pte;
720         pmap_inval_info info;
721
722         pmap_inval_init(&info);
723         pmap_inval_add(&info, &kernel_pmap, va);
724         pte = (unsigned *)vtopte(va);
725         *pte = 0;
726         pmap_inval_flush(&info);
727 }
728
729 void
730 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
731 {
732         unsigned *pte;
733         pte = (unsigned *)vtopte(va);
734         *pte = 0;
735         cpu_invlpg((void *)va);
736 }
737
738 /*
739  * XXX these need to be recoded.  They are not used in any critical path.
740  */
741 void
742 pmap_kmodify_rw(vm_offset_t va)
743 {
744         *vtopte(va) |= PG_RW;
745         cpu_invlpg((void *)va);
746 }
747
748 void
749 pmap_kmodify_nc(vm_offset_t va)
750 {
751         *vtopte(va) |= PG_N;
752         cpu_invlpg((void *)va);
753 }
754
755 /*
756  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
757  *      virtual address space.
758  *
759  *      For now, VM is already on, we only need to map the
760  *      specified memory.
761  */
762 vm_offset_t
763 pmap_map(vm_offset_t virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
764 {
765         while (start < end) {
766                 pmap_kenter(virt, start);
767                 virt += PAGE_SIZE;
768                 start += PAGE_SIZE;
769         }
770         return (virt);
771 }
772
773
774 /*
775  * Add a list of wired pages to the kva
776  * this routine is only used for temporary
777  * kernel mappings that do not need to have
778  * page modification or references recorded.
779  * Note that old mappings are simply written
780  * over.  The page *must* be wired.
781  */
782 void
783 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
784 {
785         vm_offset_t end_va;
786
787         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
788                 
789         while (va < end_va) {
790                 unsigned *pte;
791
792                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
793                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
794                 cpu_invlpg((void *)va);
795                 va += PAGE_SIZE;
796                 m++;
797         }
798 #ifdef SMP
799         smp_invltlb();  /* XXX */
800 #endif
801 }
802
803 void
804 pmap_qenter2(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count, cpumask_t *mask)
805 {
806         vm_offset_t end_va;
807         cpumask_t cmask = mycpu->gd_cpumask;
808
809         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
810
811         while (va < end_va) {
812                 unsigned *pte;
813                 unsigned pteval;
814
815                 /*
816                  * Install the new PTE.  If the pte changed from the prior
817                  * mapping we must reset the cpu mask and invalidate the page.
818                  * If the pte is the same but we have not seen it on the
819                  * current cpu, invlpg the existing mapping.  Otherwise the
820                  * entry is optimal and no invalidation is required.
821                  */
822                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
823                 pteval = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag;
824                 if (*pte != pteval) {
825                         *mask = 0;
826                         *pte = pteval;
827                         cpu_invlpg((void *)va);
828                 } else if ((*mask & cmask) == 0) {
829                         cpu_invlpg((void *)va);
830                 }
831                 va += PAGE_SIZE;
832                 m++;
833         }
834         *mask |= cmask;
835 }
836
837 /*
838  * this routine jerks page mappings from the
839  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
840  */
841 void
842 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
843 {
844         vm_offset_t end_va;
845
846         end_va = va + count*PAGE_SIZE;
847
848         while (va < end_va) {
849                 unsigned *pte;
850
851                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
852                 *pte = 0;
853                 cpu_invlpg((void *)va);
854                 va += PAGE_SIZE;
855         }
856 #ifdef SMP
857         smp_invltlb();
858 #endif
859 }
860
861 /*
862  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
863  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
864  *
865  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
866  * the call should be made with a critical section held so the page's object
867  * association remains valid on return.
868  */
869 static vm_page_t
870 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
871 {
872         vm_page_t m;
873
874 retry:
875         m = vm_page_lookup(object, pindex);
876         if (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"))
877                 goto retry;
878         return(m);
879 }
880
881 /*
882  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
883  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
884  */
885 void
886 pmap_init_thread(thread_t td)
887 {
888         /* enforce pcb placement */
889         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
890         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
891         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16;
892 }
893
894 /*
895  * Create the UPAGES for a new process.
896  * This routine directly affects the fork perf for a process.
897  */
898 void
899 pmap_init_proc(struct proc *p, struct thread *td)
900 {
901         struct lwp *lp = ONLY_LWP_IN_PROC(p);
902
903         p->p_addr = (void *)td->td_kstack;
904         lp->lwp_thread = td;
905         td->td_proc = p;
906         td->td_lwp = lp;
907         td->td_switch = cpu_heavy_switch;
908 #ifdef SMP
909         KKASSERT(td->td_mpcount == 1);
910 #endif
911         bzero(p->p_addr, sizeof(*p->p_addr));
912 }
913
914 /*
915  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
916  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
917  */
918 struct thread *
919 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
920 {
921         struct thread *td = NULL;
922         struct lwp *lp;
923
924         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
925
926         lp = ONLY_LWP_IN_PROC(p);
927         if (lp != NULL && (td = lp->lwp_thread) != NULL) {
928             td->td_proc = NULL;
929             td->td_lwp = NULL;
930             lp->lwp_thread = NULL;
931         }
932         p->p_addr = NULL;
933         return(td);
934 }
935
936 /***************************************************
937  * Page table page management routines.....
938  ***************************************************/
939
940 /*
941  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
942  * drops to zero, then it decrements the wire count.
943  */
944 static int 
945 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info) 
946 {
947         pmap_inval_flush(info);
948         while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
949                 ;
950
951         if (m->hold_count == 0) {
952                 /*
953                  * unmap the page table page
954                  */
955                 pmap_inval_add(info, pmap, -1);
956                 pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
957                 --pmap->pm_stats.resident_count;
958
959                 if (pmap->pm_ptphint == m)
960                         pmap->pm_ptphint = NULL;
961
962                 /*
963                  * If the page is finally unwired, simply free it.
964                  */
965                 --m->wire_count;
966                 if (m->wire_count == 0) {
967                         vm_page_flash(m);
968                         vm_page_busy(m);
969                         vm_page_free_zero(m);
970                         --vmstats.v_wire_count;
971                 }
972                 return 1;
973         }
974         return 0;
975 }
976
977 static PMAP_INLINE int
978 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info)
979 {
980         vm_page_unhold(m);
981         if (m->hold_count == 0)
982                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, m, info);
983         else
984                 return 0;
985 }
986
987 /*
988  * After removing a page table entry, this routine is used to
989  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
990  */
991 static int
992 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
993                 pmap_inval_info_t info)
994 {
995         unsigned ptepindex;
996         if (va >= UPT_MIN_ADDRESS)
997                 return 0;
998
999         if (mpte == NULL) {
1000                 ptepindex = (va >> PDRSHIFT);
1001                 if (pmap->pm_ptphint &&
1002                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1003                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1004                 } else {
1005                         pmap_inval_flush(info);
1006                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1007                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1008                 }
1009         }
1010
1011         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, info);
1012 }
1013
1014 /*
1015  * Initialize pmap0/vmspace0.  This pmap is not added to pmap_list because
1016  * it, and IdlePTD, represents the template used to update all other pmaps.
1017  *
1018  * On architectures where the kernel pmap is not integrated into the user
1019  * process pmap, this pmap represents the process pmap, not the kernel pmap.
1020  * kernel_pmap should be used to directly access the kernel_pmap.
1021  */
1022 void
1023 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1024 {
1025         pmap->pm_pdir =
1026                 (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1027         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, (vm_offset_t) IdlePTD);
1028         pmap->pm_count = 1;
1029         pmap->pm_active = 0;
1030         pmap->pm_ptphint = NULL;
1031         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1032         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1033 }
1034
1035 /*
1036  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1037  * such as one in a vmspace structure.
1038  */
1039 void
1040 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1041 {
1042         vm_page_t ptdpg;
1043
1044         /*
1045          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1046          * page directory table.
1047          */
1048         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1049                 pmap->pm_pdir =
1050                     (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(&kernel_map, PAGE_SIZE);
1051         }
1052
1053         /*
1054          * allocate object for the ptes
1055          */
1056         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1057                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate( OBJT_DEFAULT, PTDPTDI + 1);
1058
1059         /*
1060          * allocate the page directory page
1061          */
1062         ptdpg = vm_page_grab( pmap->pm_pteobj, PTDPTDI,
1063                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1064
1065         ptdpg->wire_count = 1;
1066         ++vmstats.v_wire_count;
1067
1068
1069         vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY); /* not usually mapped*/
1070         ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1071
1072         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1073         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1074                 bzero(pmap->pm_pdir, PAGE_SIZE);
1075
1076         pmap->pm_pdir[MPPTDI] = PTD[MPPTDI];
1077
1078         /* install self-referential address mapping entry */
1079         *(unsigned *) (pmap->pm_pdir + PTDPTDI) =
1080                 VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1081
1082         pmap->pm_count = 1;
1083         pmap->pm_active = 0;
1084         pmap->pm_ptphint = NULL;
1085         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1086         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1087 }
1088
1089 /*
1090  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1091  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1092  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1093  * then copies the template.
1094  */
1095 void
1096 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1097 {
1098         crit_enter();
1099         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1100         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1101         bcopy(PTD + KPTDI, pmap->pm_pdir + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1102         crit_exit();
1103 }
1104
1105 /*
1106  * Attempt to release and free and vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1107  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1108  */
1109 static int
1110 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1111 {
1112         unsigned *pde = (unsigned *) pmap->pm_pdir;
1113         /*
1114          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1115          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1116          * might as well be placed directly into the zero queue.
1117          */
1118         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1119                 return 0;
1120
1121         vm_page_busy(p);
1122
1123         /*
1124          * Remove the page table page from the processes address space.
1125          */
1126         pde[p->pindex] = 0;
1127         pmap->pm_stats.resident_count--;
1128
1129         if (p->hold_count)  {
1130                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1131         }
1132         /*
1133          * Page directory pages need to have the kernel
1134          * stuff cleared, so they can go into the zero queue also.
1135          */
1136         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1137                 bzero(pde + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1138                 pde[MPPTDI] = 0;
1139                 pde[APTDPTDI] = 0;
1140                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir);
1141         }
1142
1143         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1144                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1145
1146         p->wire_count--;
1147         vmstats.v_wire_count--;
1148         vm_page_free_zero(p);
1149         return 1;
1150 }
1151
1152 /*
1153  * this routine is called if the page table page is not
1154  * mapped correctly.
1155  */
1156 static vm_page_t
1157 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, unsigned ptepindex)
1158 {
1159         vm_offset_t pteva, ptepa;
1160         vm_page_t m;
1161
1162         /*
1163          * Find or fabricate a new pagetable page
1164          */
1165         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1166                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1167
1168         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1169                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1170
1171         if (m->wire_count == 0)
1172                 vmstats.v_wire_count++;
1173         m->wire_count++;
1174
1175         /*
1176          * Increment the hold count for the page table page
1177          * (denoting a new mapping.)
1178          */
1179         m->hold_count++;
1180
1181         /*
1182          * Map the pagetable page into the process address space, if
1183          * it isn't already there.
1184          */
1185
1186         pmap->pm_stats.resident_count++;
1187
1188         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1189         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
1190                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1191
1192         /*
1193          * Set the page table hint
1194          */
1195         pmap->pm_ptphint = m;
1196
1197         /*
1198          * Try to use the new mapping, but if we cannot, then
1199          * do it with the routine that maps the page explicitly.
1200          */
1201         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1202                 if ((((unsigned)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME) ==
1203                         (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
1204                         pteva = UPT_MIN_ADDRESS + i386_ptob(ptepindex);
1205                         bzero((caddr_t) pteva, PAGE_SIZE);
1206                 } else {
1207                         pmap_zero_page(ptepa);
1208                 }
1209         }
1210
1211         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1212         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1213         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1214         vm_page_wakeup(m);
1215
1216         return m;
1217 }
1218
1219 static vm_page_t
1220 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1221 {
1222         unsigned ptepindex;
1223         vm_offset_t ptepa;
1224         vm_page_t m;
1225
1226         /*
1227          * Calculate pagetable page index
1228          */
1229         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
1230
1231         /*
1232          * Get the page directory entry
1233          */
1234         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
1235
1236         /*
1237          * This supports switching from a 4MB page to a
1238          * normal 4K page.
1239          */
1240         if (ptepa & PG_PS) {
1241                 pmap->pm_pdir[ptepindex] = 0;
1242                 ptepa = 0;
1243                 cpu_invltlb();
1244                 smp_invltlb();
1245         }
1246
1247         /*
1248          * If the page table page is mapped, we just increment the
1249          * hold count, and activate it.
1250          */
1251         if (ptepa) {
1252                 /*
1253                  * In order to get the page table page, try the
1254                  * hint first.
1255                  */
1256                 if (pmap->pm_ptphint &&
1257                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1258                         m = pmap->pm_ptphint;
1259                 } else {
1260                         m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1261                         pmap->pm_ptphint = m;
1262                 }
1263                 m->hold_count++;
1264                 return m;
1265         }
1266         /*
1267          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1268          */
1269         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1270 }
1271
1272
1273 /***************************************************
1274  * Pmap allocation/deallocation routines.
1275  ***************************************************/
1276
1277 /*
1278  * Release any resources held by the given physical map.
1279  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1280  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1281  */
1282 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1283
1284 void
1285 pmap_release(struct pmap *pmap)
1286 {
1287         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1288         struct rb_vm_page_scan_info info;
1289
1290 #if defined(DIAGNOSTIC)
1291         if (object->ref_count != 1)
1292                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1293 #endif
1294         
1295         info.pmap = pmap;
1296         info.object = object;
1297         crit_enter();
1298         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1299         crit_exit();
1300
1301         do {
1302                 crit_enter();
1303                 info.error = 0;
1304                 info.mpte = NULL;
1305                 info.limit = object->generation;
1306
1307                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1308                                         pmap_release_callback, &info);
1309                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1310                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1311                                 info.error = 1;
1312                 }
1313                 crit_exit();
1314         } while (info.error);
1315 }
1316
1317 static int
1318 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1319 {
1320         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1321
1322         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1323                 info->mpte = p;
1324                 return(0);
1325         }
1326         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1327                 info->error = 1;
1328                 return(-1);
1329         }
1330         if (info->object->generation != info->limit) {
1331                 info->error = 1;
1332                 return(-1);
1333         }
1334         return(0);
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1339  */
1340
1341 void
1342 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1343 {
1344         struct pmap *pmap;
1345         vm_offset_t ptppaddr;
1346         vm_page_t nkpg;
1347         pd_entry_t newpdir;
1348
1349         crit_enter();
1350         if (kernel_vm_end == 0) {
1351                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1352                 nkpt = 0;
1353                 while (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1354                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1355                         nkpt++;
1356                 }
1357         }
1358         addr = (addr + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1359         while (kernel_vm_end < addr) {
1360                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1361                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1362                         continue;
1363                 }
1364
1365                 /*
1366                  * This index is bogus, but out of the way
1367                  */
1368                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt, 
1369                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1370                 if (nkpg == NULL)
1371                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1372
1373                 vm_page_wire(nkpg);
1374                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1375                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1376                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1377                 pdir_pde(PTD, kernel_vm_end) = newpdir;
1378                 *pmap_pde(&kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1379                 nkpt++;
1380
1381                 /*
1382                  * This update must be interlocked with pmap_pinit2.
1383                  */
1384                 TAILQ_FOREACH(pmap, &pmap_list, pm_pmnode) {
1385                         *pmap_pde(pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1386                 }
1387                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1388                                 ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1389         }
1390         crit_exit();
1391 }
1392
1393 /*
1394  *      Retire the given physical map from service.
1395  *      Should only be called if the map contains
1396  *      no valid mappings.
1397  */
1398 void
1399 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1400 {
1401         int count;
1402
1403         if (pmap == NULL)
1404                 return;
1405
1406         count = --pmap->pm_count;
1407         if (count == 0) {
1408                 pmap_release(pmap);
1409                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1410         }
1411 }
1412
1413 /*
1414  *      Add a reference to the specified pmap.
1415  */
1416 void
1417 pmap_reference(pmap_t pmap)
1418 {
1419         if (pmap != NULL) {
1420                 pmap->pm_count++;
1421         }
1422 }
1423
1424 /***************************************************
1425 * page management routines.
1426  ***************************************************/
1427
1428 /*
1429  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1430  * called from an interrupt.
1431  */
1432 static PMAP_INLINE void
1433 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1434 {
1435         pv_entry_count--;
1436         zfree(pvzone, pv);
1437 }
1438
1439 /*
1440  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1441  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1442  */
1443 static pv_entry_t
1444 get_pv_entry(void)
1445 {
1446         pv_entry_count++;
1447         if (pv_entry_high_water &&
1448                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1449                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1450                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1451                 wakeup (&vm_pages_needed);
1452         }
1453         return zalloc(pvzone);
1454 }
1455
1456 /*
1457  * This routine is very drastic, but can save the system
1458  * in a pinch.
1459  */
1460 void
1461 pmap_collect(void)
1462 {
1463         int i;
1464         vm_page_t m;
1465         static int warningdone=0;
1466
1467         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1468                 return;
1469
1470         if (warningdone < 5) {
1471                 kprintf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1472                 warningdone++;
1473         }
1474
1475         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1476                 m = &vm_page_array[i];
1477                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1478                     (m->flags & PG_BUSY))
1479                         continue;
1480                 pmap_remove_all(m);
1481         }
1482         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1483 }
1484         
1485
1486 /*
1487  * If it is the first entry on the list, it is actually
1488  * in the header and we must copy the following entry up
1489  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1490  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1491  */
1492 static int
1493 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
1494                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1495 {
1496         pv_entry_t pv;
1497         int rtval;
1498
1499         crit_enter();
1500         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1501                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
1502                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
1503                                 break;
1504                 }
1505         } else {
1506                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
1507                         if (va == pv->pv_va) 
1508                                 break;
1509                 }
1510         }
1511
1512         rtval = 0;
1513         if (pv) {
1514                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1515                 m->md.pv_list_count--;
1516                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
1517                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1518                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1519                 ++pmap->pm_generation;
1520                 rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
1521                 free_pv_entry(pv);
1522         }
1523         crit_exit();
1524         return rtval;
1525 }
1526
1527 /*
1528  * Create a pv entry for page at pa for
1529  * (pmap, va).
1530  */
1531 static void
1532 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
1533 {
1534         pv_entry_t pv;
1535
1536         crit_enter();
1537         pv = get_pv_entry();
1538         pv->pv_va = va;
1539         pv->pv_pmap = pmap;
1540         pv->pv_ptem = mpte;
1541
1542         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1543         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1544         m->md.pv_list_count++;
1545
1546         crit_exit();
1547 }
1548
1549 /*
1550  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
1551  */
1552 static int
1553 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, unsigned *ptq, vm_offset_t va,
1554         pmap_inval_info_t info)
1555 {
1556         unsigned oldpte;
1557         vm_page_t m;
1558
1559         pmap_inval_add(info, pmap, va);
1560         oldpte = loadandclear(ptq);
1561         if (oldpte & PG_W)
1562                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
1563         /*
1564          * Machines that don't support invlpg, also don't support
1565          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
1566          * the SMP case.
1567          */
1568         if (oldpte & PG_G)
1569                 cpu_invlpg((void *)va);
1570         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
1571         if (oldpte & PG_MANAGED) {
1572                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
1573                 if (oldpte & PG_M) {
1574 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1575                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
1576                                 kprintf(
1577         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1578                                     va, oldpte);
1579                         }
1580 #endif
1581                         if (pmap_track_modified(va))
1582                                 vm_page_dirty(m);
1583                 }
1584                 if (oldpte & PG_A)
1585                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1586                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
1587         } else {
1588                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
1589         }
1590
1591         return 0;
1592 }
1593
1594 /*
1595  * pmap_remove_page:
1596  *
1597  *      Remove a single page from a process address space.
1598  *
1599  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1600  *      not kernel_pmap.
1601  */
1602 static void
1603 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1604 {
1605         unsigned *ptq;
1606
1607         /*
1608          * if there is no pte for this address, just skip it!!!  Otherwise
1609          * get a local va for mappings for this pmap and remove the entry.
1610          */
1611         if (*pmap_pde(pmap, va) != 0) {
1612                 ptq = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
1613                 if (*ptq) {
1614                         pmap_remove_pte(pmap, ptq, va, info);
1615                 }
1616         }
1617 }
1618
1619 /*
1620  * pmap_remove:
1621  *
1622  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
1623  *
1624  *      It is assumed that the start and end are properly
1625  *      rounded to the page size.
1626  *
1627  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1628  *      not kernel_pmap.
1629  */
1630 void
1631 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1632 {
1633         unsigned *ptbase;
1634         vm_offset_t pdnxt;
1635         vm_offset_t ptpaddr;
1636         vm_offset_t sindex, eindex;
1637         struct pmap_inval_info info;
1638
1639         if (pmap == NULL)
1640                 return;
1641
1642         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1643                 return;
1644
1645         pmap_inval_init(&info);
1646
1647         /*
1648          * special handling of removing one page.  a very
1649          * common operation and easy to short circuit some
1650          * code.
1651          */
1652         if (((sva + PAGE_SIZE) == eva) && 
1653                 (((unsigned) pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
1654                 pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
1655                 pmap_inval_flush(&info);
1656                 return;
1657         }
1658
1659         /*
1660          * Get a local virtual address for the mappings that are being
1661          * worked with.
1662          */
1663         sindex = i386_btop(sva);
1664         eindex = i386_btop(eva);
1665
1666         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1667                 unsigned pdirindex;
1668
1669                 /*
1670                  * Calculate index for next page table.
1671                  */
1672                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1673                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1674                         break;
1675
1676                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1677                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1678                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1679                         pmap->pm_pdir[pdirindex] = 0;
1680                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1681                         continue;
1682                 }
1683
1684                 /*
1685                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1686                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1687                  */
1688                 if (ptpaddr == 0)
1689                         continue;
1690
1691                 /*
1692                  * Limit our scan to either the end of the va represented
1693                  * by the current page table page, or to the end of the
1694                  * range being removed.
1695                  */
1696                 if (pdnxt > eindex) {
1697                         pdnxt = eindex;
1698                 }
1699
1700                 /*
1701                  * NOTE: pmap_remove_pte() can block.
1702                  */
1703                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1704                         vm_offset_t va;
1705
1706                         ptbase = get_ptbase(pmap);
1707                         if (ptbase[sindex] == 0)
1708                                 continue;
1709                         va = i386_ptob(sindex);
1710                         if (pmap_remove_pte(pmap, ptbase + sindex, va, &info))
1711                                 break;
1712                 }
1713         }
1714         pmap_inval_flush(&info);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * pmap_remove_all:
1719  *
1720  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
1721  *      Reflects back modify bits to the pager.
1722  *
1723  *      This routine may not be called from an interrupt.
1724  */
1725
1726 static void
1727 pmap_remove_all(vm_page_t m)
1728 {
1729         struct pmap_inval_info info;
1730         unsigned *pte, tpte;
1731         pv_entry_t pv;
1732
1733 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1734         /*
1735          * XXX this makes pmap_page_protect(NONE) illegal for non-managed
1736          * pages!
1737          */
1738         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1739                 panic("pmap_page_protect: illegal for unmanaged page, va: 0x%08llx", (long long)VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1740         }
1741 #endif
1742
1743         pmap_inval_init(&info);
1744         crit_enter();
1745         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
1746                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
1747
1748                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1749                 pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1750
1751                 tpte = loadandclear(pte);
1752                 if (tpte & PG_W)
1753                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
1754
1755                 if (tpte & PG_A)
1756                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1757
1758                 /*
1759                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
1760                  */
1761                 if (tpte & PG_M) {
1762 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1763                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) tpte)) {
1764                                 kprintf(
1765         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1766                                     pv->pv_va, tpte);
1767                         }
1768 #endif
1769                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
1770                                 vm_page_dirty(m);
1771                 }
1772                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1773                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1774                 ++pv->pv_pmap->pm_generation;
1775                 m->md.pv_list_count--;
1776                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
1777                 free_pv_entry(pv);
1778         }
1779
1780         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1781         crit_exit();
1782         pmap_inval_flush(&info);
1783 }
1784
1785 /*
1786  * pmap_protect:
1787  *
1788  *      Set the physical protection on the specified range of this map
1789  *      as requested.
1790  *
1791  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
1792  *      not the kernel_pmap.
1793  */
1794 void
1795 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
1796 {
1797         unsigned *ptbase;
1798         vm_offset_t pdnxt, ptpaddr;
1799         vm_pindex_t sindex, eindex;
1800         pmap_inval_info info;
1801
1802         if (pmap == NULL)
1803                 return;
1804
1805         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
1806                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
1807                 return;
1808         }
1809
1810         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1811                 return;
1812
1813         pmap_inval_init(&info);
1814
1815         ptbase = get_ptbase(pmap);
1816
1817         sindex = i386_btop(sva);
1818         eindex = i386_btop(eva);
1819
1820         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1821
1822                 unsigned pdirindex;
1823
1824                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1825
1826                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1827                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1828                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1829                         pmap->pm_pdir[pdirindex] &= ~(PG_M|PG_RW);
1830                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1831                         continue;
1832                 }
1833
1834                 /*
1835                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1836                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1837                  */
1838                 if (ptpaddr == 0)
1839                         continue;
1840
1841                 if (pdnxt > eindex) {
1842                         pdnxt = eindex;
1843                 }
1844
1845                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1846
1847                         unsigned pbits;
1848                         vm_page_t m;
1849
1850                         /* XXX this isn't optimal */
1851                         pmap_inval_add(&info, pmap, i386_ptob(sindex));
1852                         pbits = ptbase[sindex];
1853
1854                         if (pbits & PG_MANAGED) {
1855                                 m = NULL;
1856                                 if (pbits & PG_A) {
1857                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1858                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1859                                         pbits &= ~PG_A;
1860                                 }
1861                                 if (pbits & PG_M) {
1862                                         if (pmap_track_modified(i386_ptob(sindex))) {
1863                                                 if (m == NULL)
1864                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1865                                                 vm_page_dirty(m);
1866                                                 pbits &= ~PG_M;
1867                                         }
1868                                 }
1869                         }
1870
1871                         pbits &= ~PG_RW;
1872
1873                         if (pbits != ptbase[sindex]) {
1874                                 ptbase[sindex] = pbits;
1875                         }
1876                 }
1877         }
1878         pmap_inval_flush(&info);
1879 }
1880
1881 /*
1882  *      Insert the given physical page (p) at
1883  *      the specified virtual address (v) in the
1884  *      target physical map with the protection requested.
1885  *
1886  *      If specified, the page will be wired down, meaning
1887  *      that the related pte can not be reclaimed.
1888  *
1889  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
1890  *      or lose information.  That is, this routine must actually
1891  *      insert this page into the given map NOW.
1892  */
1893 void
1894 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
1895            boolean_t wired)
1896 {
1897         vm_paddr_t pa;
1898         unsigned *pte;
1899         vm_paddr_t opa;
1900         vm_offset_t origpte, newpte;
1901         vm_page_t mpte;
1902         pmap_inval_info info;
1903
1904         if (pmap == NULL)
1905                 return;
1906
1907         va &= PG_FRAME;
1908 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
1909         if (va >= KvaEnd)
1910                 panic("pmap_enter: toobig");
1911         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
1912                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", va);
1913 #endif
1914         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
1915                 kprintf("Warning: pmap_enter called on UVA with kernel_pmap\n");
1916 #ifdef DDB
1917                 db_print_backtrace();
1918 #endif
1919         }
1920         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
1921                 kprintf("Warning: pmap_enter called on KVA without kernel_pmap\n");
1922 #ifdef DDB
1923                 db_print_backtrace();
1924 #endif
1925         }
1926
1927         mpte = NULL;
1928         /*
1929          * In the case that a page table page is not
1930          * resident, we are creating it here.
1931          */
1932         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
1933                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
1934         }
1935
1936         pmap_inval_init(&info);
1937         pte = pmap_pte(pmap, va);
1938
1939         /*
1940          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
1941          */
1942         if (pte == NULL) {
1943                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%x, va=0x%x\n",
1944                      (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
1945         }
1946
1947         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PG_FRAME;
1948         pmap_inval_add(&info, pmap, va); /* XXX non-optimal */
1949         origpte = *(vm_offset_t *)pte;
1950         opa = origpte & PG_FRAME;
1951
1952         if (origpte & PG_PS)
1953                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 4MB page");
1954
1955         /*
1956          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
1957          */
1958         if (origpte && (opa == pa)) {
1959                 /*
1960                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
1961                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
1962                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
1963                  * the PT page will be also.
1964                  */
1965                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
1966                         pmap->pm_stats.wired_count++;
1967                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
1968                         pmap->pm_stats.wired_count--;
1969
1970 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1971                 if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) origpte)) {
1972                         kprintf(
1973         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1974                             va, origpte);
1975                 }
1976 #endif
1977
1978                 /*
1979                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
1980                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
1981                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
1982                  * bits below.
1983                  */
1984                 if (mpte)
1985                         mpte->hold_count--;
1986
1987                 /*
1988                  * We might be turning off write access to the page,
1989                  * so we go ahead and sense modify status.
1990                  */
1991                 if (origpte & PG_MANAGED) {
1992                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
1993                                 vm_page_t om;
1994                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
1995                                 vm_page_dirty(om);
1996                         }
1997                         pa |= PG_MANAGED;
1998                 }
1999                 goto validate;
2000         } 
2001         /*
2002          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2003          * handle validating new mapping.
2004          */
2005         if (opa) {
2006                 int err;
2007                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2008                 if (err)
2009                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%x", va);
2010         }
2011
2012         /*
2013          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2014          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2015          * called at interrupt time.
2016          */
2017         if (pmap_initialized && 
2018             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2019                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2020                 pa |= PG_MANAGED;
2021         }
2022
2023         /*
2024          * Increment counters
2025          */
2026         pmap->pm_stats.resident_count++;
2027         if (wired)
2028                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2029
2030 validate:
2031         /*
2032          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2033          */
2034         newpte = (vm_offset_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2035
2036         if (wired)
2037                 newpte |= PG_W;
2038         if (va < UPT_MIN_ADDRESS)
2039                 newpte |= PG_U;
2040         if (pmap == &kernel_pmap)
2041                 newpte |= pgeflag;
2042
2043         /*
2044          * if the mapping or permission bits are different, we need
2045          * to update the pte.
2046          */
2047         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2048                 *pte = newpte | PG_A;
2049         }
2050         pmap_inval_flush(&info);
2051 }
2052
2053 /*
2054  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
2055  * 1. Current pmap & pmap exists.
2056  * 2. Not wired.
2057  * 3. Read access.
2058  * 4. No page table pages.
2059  * 5. Tlbflush is deferred to calling procedure.
2060  * 6. Page IS managed.
2061  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
2062  */
2063
2064 static vm_page_t
2065 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t mpte)
2066 {
2067         unsigned *pte;
2068         vm_paddr_t pa;
2069         pmap_inval_info info;
2070
2071         pmap_inval_init(&info);
2072
2073         if (va < UPT_MAX_ADDRESS && pmap == &kernel_pmap) {
2074                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on UVA with kernel_pmap\n");
2075 #ifdef DDB
2076                 db_print_backtrace();
2077 #endif
2078         }
2079         if (va >= UPT_MAX_ADDRESS && pmap != &kernel_pmap) {
2080                 kprintf("Warning: pmap_enter_quick called on KVA without kernel_pmap\n");
2081 #ifdef DDB
2082                 db_print_backtrace();
2083 #endif
2084         }
2085
2086         /*
2087          * In the case that a page table page is not
2088          * resident, we are creating it here.
2089          */
2090         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
2091                 unsigned ptepindex;
2092                 vm_offset_t ptepa;
2093
2094                 /*
2095                  * Calculate pagetable page index
2096                  */
2097                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2098                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
2099                         mpte->hold_count++;
2100                 } else {
2101 retry:
2102                         /*
2103                          * Get the page directory entry
2104                          */
2105                         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
2106
2107                         /*
2108                          * If the page table page is mapped, we just increment
2109                          * the hold count, and activate it.
2110                          */
2111                         if (ptepa) {
2112                                 if (ptepa & PG_PS)
2113                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 4MB page");
2114                                 if (pmap->pm_ptphint &&
2115                                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2116                                         mpte = pmap->pm_ptphint;
2117                                 } else {
2118                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2119                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2120                                 }
2121                                 if (mpte == NULL)
2122                                         goto retry;
2123                                 mpte->hold_count++;
2124                         } else {
2125                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2126                         }
2127                 }
2128         } else {
2129                 mpte = NULL;
2130         }
2131
2132         /*
2133          * This call to vtopte makes the assumption that we are
2134          * entering the page into the current pmap.  In order to support
2135          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte_quick.
2136          * But that isn't as quick as vtopte.
2137          */
2138         pte = (unsigned *)vtopte(va);
2139         if (*pte) {
2140                 if (mpte)
2141                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, &info);
2142                 return 0;
2143         }
2144
2145         /*
2146          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2147          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2148          * called at interrupt time.
2149          */
2150         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0)
2151                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2152
2153         /*
2154          * Increment counters
2155          */
2156         pmap->pm_stats.resident_count++;
2157
2158         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2159
2160         /*
2161          * Now validate mapping with RO protection
2162          */
2163         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2164                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2165         else
2166                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2167
2168         return mpte;
2169 }
2170
2171 /*
2172  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2173  * to be used for panic dumps.
2174  */
2175 void *
2176 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2177 {
2178         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2179         return ((void *)crashdumpmap);
2180 }
2181
2182 #define MAX_INIT_PT (96)
2183
2184 /*
2185  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2186  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2187  * immediately after an mmap.
2188  */
2189 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2190
2191 void
2192 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2193                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2194                     vm_size_t size, int limit)
2195 {
2196         struct rb_vm_page_scan_info info;
2197         int psize;
2198
2199         /*
2200          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2201          * or object.
2202          */
2203         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2204                 return;
2205
2206         /*
2207          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2208          */
2209         if (curproc == NULL || pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2210                 return;
2211
2212         psize = i386_btop(size);
2213
2214         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2215                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2216                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2217                 return;
2218         }
2219
2220         if (psize + pindex > object->size) {
2221                 if (object->size < pindex)
2222                         return;           
2223                 psize = object->size - pindex;
2224         }
2225
2226         if (psize == 0)
2227                 return;
2228
2229         /*
2230          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2231          * any valid pages found into the pmap.
2232          *
2233          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2234          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2235          */
2236         info.start_pindex = pindex;
2237         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2238         info.limit = limit;
2239         info.mpte = NULL;
2240         info.addr = addr;
2241         info.pmap = pmap;
2242
2243         crit_enter();
2244         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2245                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2246         crit_exit();
2247 }
2248
2249 static
2250 int
2251 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2252 {
2253         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2254         vm_pindex_t rel_index;
2255         /*
2256          * don't allow an madvise to blow away our really
2257          * free pages allocating pv entries.
2258          */
2259         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2260                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2261                     return(-1);
2262         }
2263         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2264             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2265                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2266                         vm_page_deactivate(p);
2267                 vm_page_busy(p);
2268                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2269                 info->mpte = pmap_enter_quick(info->pmap,
2270                                               info->addr + i386_ptob(rel_index),
2271                                               p, info->mpte);
2272                 vm_page_flag_set(p, PG_MAPPED);
2273                 vm_page_wakeup(p);
2274         }
2275         return(0);
2276 }
2277
2278 /*
2279  * pmap_prefault provides a quick way of clustering pagefaults into a
2280  * processes address space.  It is a "cousin" of pmap_object_init_pt, 
2281  * except it runs at page fault time instead of mmap time.
2282  */
2283 #define PFBAK 4
2284 #define PFFOR 4
2285 #define PAGEORDER_SIZE (PFBAK+PFFOR)
2286
2287 static int pmap_prefault_pageorder[] = {
2288         -PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
2289         -2 * PAGE_SIZE, 2 * PAGE_SIZE,
2290         -3 * PAGE_SIZE, 3 * PAGE_SIZE,
2291         -4 * PAGE_SIZE, 4 * PAGE_SIZE
2292 };
2293
2294 void
2295 pmap_prefault(pmap_t pmap, vm_offset_t addra, vm_map_entry_t entry)
2296 {
2297         int i;
2298         vm_offset_t starta;
2299         vm_offset_t addr;
2300         vm_pindex_t pindex;
2301         vm_page_t m, mpte;
2302         vm_object_t object;
2303
2304         /*
2305          * We do not currently prefault mappings that use virtual page
2306          * tables.  We do not prefault foreign pmaps.
2307          */
2308         if (entry->maptype == VM_MAPTYPE_VPAGETABLE)
2309                 return;
2310         if (curproc == NULL || (pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace)))
2311                 return;
2312
2313         object = entry->object.vm_object;
2314
2315         starta = addra - PFBAK * PAGE_SIZE;
2316         if (starta < entry->start)
2317                 starta = entry->start;
2318         else if (starta > addra)
2319                 starta = 0;
2320
2321         /*
2322          * critical section protection is required to maintain the 
2323          * page/object association, interrupts can free pages and remove 
2324          * them from their objects.
2325          */
2326         mpte = NULL;
2327         crit_enter();
2328         for (i = 0; i < PAGEORDER_SIZE; i++) {
2329                 vm_object_t lobject;
2330                 unsigned *pte;
2331
2332                 addr = addra + pmap_prefault_pageorder[i];
2333                 if (addr > addra + (PFFOR * PAGE_SIZE))
2334                         addr = 0;
2335
2336                 if (addr < starta || addr >= entry->end)
2337                         continue;
2338
2339                 if ((*pmap_pde(pmap, addr)) == NULL) 
2340                         continue;
2341
2342                 pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2343                 if (*pte)
2344                         continue;
2345
2346                 pindex = ((addr - entry->start) + entry->offset) >> PAGE_SHIFT;
2347                 lobject = object;
2348
2349                 for (m = vm_page_lookup(lobject, pindex);
2350                     (!m && (lobject->type == OBJT_DEFAULT) &&
2351                      (lobject->backing_object));
2352                     lobject = lobject->backing_object
2353                 ) {
2354                         if (lobject->backing_object_offset & PAGE_MASK)
2355                                 break;
2356                         pindex += (lobject->backing_object_offset >> PAGE_SHIFT);
2357                         m = vm_page_lookup(lobject->backing_object, pindex);
2358                 }
2359
2360                 /*
2361                  * give-up when a page is not in memory
2362                  */
2363                 if (m == NULL)
2364                         break;
2365
2366                 if (((m->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2367                         (m->busy == 0) &&
2368                     (m->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2369
2370                         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2371                                 vm_page_deactivate(m);
2372                         }
2373                         vm_page_busy(m);
2374                         mpte = pmap_enter_quick(pmap, addr, m, mpte);
2375                         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2376                         vm_page_wakeup(m);
2377                 }
2378         }
2379         crit_exit();
2380 }
2381
2382 /*
2383  *      Routine:        pmap_change_wiring
2384  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2385  *                      pair.
2386  *      In/out conditions:
2387  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2388  */
2389 void
2390 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2391 {
2392         unsigned *pte;
2393
2394         if (pmap == NULL)
2395                 return;
2396
2397         pte = pmap_pte(pmap, va);
2398
2399         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2400                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2401         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2402                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2403
2404         /*
2405          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2406          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2407          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2408          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2409          * wiring changes.
2410          */
2411 #ifdef SMP
2412         if (wired)
2413                 atomic_set_int(pte, PG_W);
2414         else
2415                 atomic_clear_int(pte, PG_W);
2416 #else
2417         if (wired)
2418                 atomic_set_int_nonlocked(pte, PG_W);
2419         else
2420                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_W);
2421 #endif
2422 }
2423
2424
2425
2426 /*
2427  *      Copy the range specified by src_addr/len
2428  *      from the source map to the range dst_addr/len
2429  *      in the destination map.
2430  *
2431  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2432  */
2433 void
2434 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2435         vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2436 {
2437         pmap_inval_info info;
2438         vm_offset_t addr;
2439         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2440         vm_offset_t pdnxt;
2441         unsigned src_frame, dst_frame;
2442         vm_page_t m;
2443
2444         if (dst_addr != src_addr)
2445                 return;
2446
2447         src_frame = ((unsigned) src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2448         if (src_frame != (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
2449                 return;
2450         }
2451
2452         dst_frame = ((unsigned) dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2453         if (dst_frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
2454                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2455                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2456                 cpu_invltlb();
2457         }
2458         pmap_inval_init(&info);
2459         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2460         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2461
2462         /*
2463          * critical section protection is required to maintain the page/object
2464          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2465          * their objects.
2466          */
2467         crit_enter();
2468         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2469                 unsigned *src_pte, *dst_pte;
2470                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2471                 vm_offset_t srcptepaddr;
2472                 unsigned ptepindex;
2473
2474                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2475                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2476
2477                 /*
2478                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2479                  * way below the low water mark of free pages or way
2480                  * above high water mark of used pv entries.
2481                  */
2482                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2483                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2484                         break;
2485                 
2486                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2487                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2488
2489                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
2490                 if (srcptepaddr == 0)
2491                         continue;
2492                         
2493                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
2494                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
2495                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
2496                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
2497                         }
2498                         continue;
2499                 }
2500
2501                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2502                 if ((srcmpte == NULL) ||
2503                         (srcmpte->hold_count == 0) || (srcmpte->flags & PG_BUSY))
2504                         continue;
2505
2506                 if (pdnxt > end_addr)
2507                         pdnxt = end_addr;
2508
2509                 src_pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2510                 dst_pte = (unsigned *) avtopte(addr);
2511                 while (addr < pdnxt) {
2512                         unsigned ptetemp;
2513
2514                         ptetemp = *src_pte;
2515                         /*
2516                          * we only virtual copy managed pages
2517                          */
2518                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
2519                                 /*
2520                                  * We have to check after allocpte for the
2521                                  * pte still being around...  allocpte can
2522                                  * block.
2523                                  */
2524                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
2525                                 if ((*dst_pte == 0) && (ptetemp = *src_pte)) {
2526                                         /*
2527                                          * Clear the modified and
2528                                          * accessed (referenced) bits
2529                                          * during the copy.
2530                                          */
2531                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
2532                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
2533                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
2534                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
2535                                                 dstmpte, m);
2536                                 } else {
2537                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
2538                                 }
2539                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
2540                                         break;
2541                         }
2542                         addr += PAGE_SIZE;
2543                         src_pte++;
2544                         dst_pte++;
2545                 }
2546         }
2547         crit_exit();
2548         pmap_inval_flush(&info);
2549 }       
2550
2551 /*
2552  * pmap_zero_page:
2553  *
2554  *      Zero the specified PA by mapping the page into KVM and clearing its
2555  *      contents.
2556  *
2557  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
2558  *      required.
2559  */
2560 void
2561 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
2562 {
2563         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2564
2565         crit_enter();
2566         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2567                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2568         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2569                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2570         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2571
2572 #if defined(I686_CPU)
2573         if (cpu_class == CPUCLASS_686)
2574                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2575         else
2576 #endif
2577                 bzero(gd->gd_CADDR3, PAGE_SIZE);
2578         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2579         crit_exit();
2580 }
2581
2582 /*
2583  * pmap_page_assertzero:
2584  *
2585  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
2586  */
2587 void
2588 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
2589 {
2590         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2591         int i;
2592
2593         crit_enter();
2594         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2595                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2596         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2597                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2598         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2599         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += 4) {
2600             if (*(int *)((char *)gd->gd_CADDR3 + i) != 0) {
2601                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
2602                     (void *)gd->gd_CADDR3);
2603             }
2604         }
2605         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2606         crit_exit();
2607 }
2608
2609 /*
2610  * pmap_zero_page:
2611  *
2612  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
2613  *      its contents with bzero.
2614  *
2615  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
2616  */
2617 void
2618 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
2619 {
2620         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2621
2622         crit_enter();
2623         if (*(int *) gd->gd_CMAP3)
2624                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2625         *(int *) gd->gd_CMAP3 = PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2626         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2627
2628 #if defined(I686_CPU)
2629         if (cpu_class == CPUCLASS_686 && off == 0 && size == PAGE_SIZE)
2630                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2631         else
2632 #endif
2633                 bzero((char *)gd->gd_CADDR3 + off, size);
2634         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2635         crit_exit();
2636 }
2637
2638 /*
2639  * pmap_copy_page:
2640  *
2641  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2642  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2643  *      is required.
2644  */
2645 void
2646 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
2647 {
2648         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2649
2650         crit_enter();
2651         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2652                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2653         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2654                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2655
2656         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2657         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2658
2659         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2660         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2661
2662         bcopy(gd->gd_CADDR1, gd->gd_CADDR2, PAGE_SIZE);
2663
2664         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2665         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2666         crit_exit();
2667 }
2668
2669 /*
2670  * pmap_copy_page_frag:
2671  *
2672  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2673  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2674  *      is required.
2675  */
2676 void
2677 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
2678 {
2679         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2680
2681         crit_enter();
2682         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2683                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2684         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2685                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2686
2687         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2688         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2689
2690         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2691         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2692
2693         bcopy((char *)gd->gd_CADDR1 + (src & PAGE_MASK),
2694               (char *)gd->gd_CADDR2 + (dst & PAGE_MASK),
2695               bytes);
2696
2697         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2698         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2699         crit_exit();
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
2704  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
2705  * be changed upwards or downwards in the future; it
2706  * is only necessary that true be returned for a small
2707  * subset of pmaps for proper page aging.
2708  */
2709 boolean_t
2710 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
2711 {
2712         pv_entry_t pv;
2713         int loops = 0;
2714
2715         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2716                 return FALSE;
2717
2718         crit_enter();
2719
2720         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2721                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
2722                         crit_exit();
2723                         return TRUE;
2724                 }
2725                 loops++;
2726                 if (loops >= 16)
2727                         break;
2728         }
2729         crit_exit();
2730         return (FALSE);
2731 }
2732
2733 /*
2734  * Remove all pages from specified address space
2735  * this aids process exit speeds.  Also, this code
2736  * is special cased for current process only, but
2737  * can have the more generic (and slightly slower)
2738  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
2739  * in the case of running down an entire address space.
2740  */
2741 void
2742 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2743 {
2744         unsigned *pte, tpte;
2745         pv_entry_t pv, npv;
2746         vm_page_t m;
2747         pmap_inval_info info;
2748         int iscurrentpmap;
2749         int32_t save_generation;
2750
2751         if (curproc && pmap == vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2752                 iscurrentpmap = 1;
2753         else
2754                 iscurrentpmap = 0;
2755
2756         pmap_inval_init(&info);
2757         crit_enter();
2758         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
2759                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
2760                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2761                         continue;
2762                 }
2763
2764                 KKASSERT(pmap == pv->pv_pmap);
2765
2766                 if (iscurrentpmap)
2767                         pte = (unsigned *)vtopte(pv->pv_va);
2768                 else
2769                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
2770                 if (pmap->pm_active)
2771                         pmap_inval_add(&info, pmap, pv->pv_va);
2772                 tpte = *pte;
2773
2774                 /*
2775                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
2776                  * at this time
2777                  */
2778                 if (tpte & PG_W) {
2779                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2780                         continue;
2781                 }
2782                 *pte = 0;
2783
2784                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte);
2785
2786                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2787                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %x", tpte));
2788
2789                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2790
2791                 /*
2792                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2793                  */
2794                 if (tpte & PG_M) {
2795                         vm_page_dirty(m);
2796                 }
2797
2798                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2799                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2800                 save_generation = ++pmap->pm_generation;
2801
2802                 m->md.pv_list_count--;
2803                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2804                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
2805                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2806                 }
2807
2808                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2809                 free_pv_entry(pv);
2810
2811                 /*
2812                  * Restart the scan if we blocked during the unuse or free
2813                  * calls and other removals were made.
2814                  */
2815                 if (save_generation != pmap->pm_generation) {
2816                         kprintf("Warning: pmap_remove_pages race-A avoided\n");
2817                         pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist);
2818                 }
2819         }
2820         pmap_inval_flush(&info);
2821         crit_exit();
2822 }
2823
2824 /*
2825  * pmap_testbit tests bits in pte's
2826  * note that the testbit/clearbit routines are inline,
2827  * and a lot of things compile-time evaluate.
2828  */
2829 static boolean_t
2830 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
2831 {
2832         pv_entry_t pv;
2833         unsigned *pte;
2834
2835         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2836                 return FALSE;
2837
2838         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
2839                 return FALSE;
2840
2841         crit_enter();
2842
2843         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2844                 /*
2845                  * if the bit being tested is the modified bit, then
2846                  * mark clean_map and ptes as never
2847                  * modified.
2848                  */
2849                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
2850                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2851                                 continue;
2852                 }
2853
2854 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2855                 if (!pv->pv_pmap) {
2856                         kprintf("Null pmap (tb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2857                         continue;
2858                 }
2859 #endif
2860                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2861                 if (*pte & bit) {
2862                         crit_exit();
2863                         return TRUE;
2864                 }
2865         }
2866         crit_exit();
2867         return (FALSE);
2868 }
2869
2870 /*
2871  * this routine is used to modify bits in ptes
2872  */
2873 static __inline void
2874 pmap_clearbit(vm_page_t m, int bit)
2875 {
2876         struct pmap_inval_info info;
2877         pv_entry_t pv;
2878         unsigned *pte;
2879         unsigned pbits;
2880
2881         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2882                 return;
2883
2884         pmap_inval_init(&info);
2885         crit_enter();
2886
2887         /*
2888          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
2889          * setting RO do we need to clear the VAC?
2890          */
2891         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2892                 /*
2893                  * don't write protect pager mappings
2894                  */
2895                 if (bit == PG_RW) {
2896                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2897                                 continue;
2898                 }
2899
2900 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2901                 if (!pv->pv_pmap) {
2902                         kprintf("Null pmap (cb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2903                         continue;
2904                 }
2905 #endif
2906
2907                 /*
2908                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
2909                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
2910                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
2911                  *
2912                  * We do not have to force synchronization when clearing
2913                  * PG_M even for PTEs generated via virtual memory maps,
2914                  * because the virtual kernel will invalidate the pmap
2915                  * entry when/if it needs to resynchronize the Modify bit.
2916                  */
2917                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2918                 if (bit & PG_RW)
2919                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2920
2921                 pbits = *pte;
2922                 if (pbits & bit) {
2923                         if (bit == PG_RW) {
2924                                 if (pbits & PG_M)
2925                                         vm_page_dirty(m);
2926                                 atomic_clear_int(pte, PG_M|PG_RW);
2927                         } else if (bit == PG_M) {
2928                                 /*
2929                                  * We could also clear PG_RW here to force
2930                                  * a fault on write to redetect PG_M for
2931                                  * virtual kernels, but it isn't necessary
2932                                  * since virtual kernels invalidate the pte 
2933                                  * when they clear the VPTE_M bit in their
2934                                  * virtual page tables.
2935                                  */
2936                                 atomic_clear_int(pte, PG_M);
2937                         } else {
2938                                 atomic_clear_int(pte, bit);
2939                         }
2940                 }
2941         }
2942         pmap_inval_flush(&info);
2943         crit_exit();
2944 }
2945
2946 /*
2947  *      pmap_page_protect:
2948  *
2949  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
2950  */
2951 void
2952 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
2953 {
2954         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2955                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
2956                         pmap_clearbit(m, PG_RW);
2957                 } else {
2958                         pmap_remove_all(m);
2959                 }
2960         }
2961 }
2962
2963 vm_paddr_t
2964 pmap_phys_address(int ppn)
2965 {
2966         return (i386_ptob(ppn));
2967 }
2968
2969 /*
2970  *      pmap_ts_referenced:
2971  *
2972  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
2973  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
2974  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
2975  *      reference bits set.
2976  *
2977  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
2978  *      should be tested and standardized at some point in the future for
2979  *      optimal aging of shared pages.
2980  */
2981 int
2982 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
2983 {
2984         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
2985         unsigned *pte;
2986         int rtval = 0;
2987
2988         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2989                 return (rtval);
2990
2991         crit_enter();
2992
2993         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2994
2995                 pvf = pv;
2996
2997                 do {
2998                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
2999
3000                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3001
3002                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3003
3004                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3005                                 continue;
3006
3007                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3008
3009                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3010 #ifdef SMP
3011                                 atomic_clear_int(pte, PG_A);
3012 #else
3013                                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_A);
3014 #endif
3015                                 rtval++;
3016                                 if (rtval > 4) {
3017                                         break;
3018                                 }
3019                         }
3020                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3021         }
3022         crit_exit();
3023
3024         return (rtval);
3025 }
3026
3027 /*
3028  *      pmap_is_modified:
3029  *
3030  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3031  *      in any physical maps.
3032  */
3033 boolean_t
3034 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3035 {
3036         return pmap_testbit(m, PG_M);
3037 }
3038
3039 /*
3040  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3041  */
3042 void
3043 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3044 {
3045         pmap_clearbit(m, PG_M);
3046 }
3047
3048 /*
3049  *      pmap_clear_reference:
3050  *
3051  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3052  */
3053 void
3054 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3055 {
3056         pmap_clearbit(m, PG_A);
3057 }
3058
3059 /*
3060  * Miscellaneous support routines follow
3061  */
3062
3063 static void
3064 i386_protection_init(void)
3065 {
3066         int *kp, prot;
3067
3068         kp = protection_codes;
3069         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3070                 switch (prot) {
3071                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3072                         /*
3073                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3074                          * so just make it readable.
3075                          */
3076                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3077                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3078                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3079                         *kp++ = 0;
3080                         break;
3081                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3082                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3083                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3084                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3085                         *kp++ = PG_RW;
3086                         break;
3087                 }
3088         }
3089 }
3090
3091 /*
3092  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3093  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3094  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3095  * NOT real memory.
3096  *
3097  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3098  * a time.
3099  */
3100 void *
3101 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3102 {
3103         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3104         unsigned *pte;
3105
3106         offset = pa & PAGE_MASK;
3107         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3108
3109         va = kmem_alloc_nofault(&kernel_map, size);
3110         if (!va)
3111                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3112
3113         pa = pa & PG_FRAME;
3114         for (tmpva = va; size > 0;) {
3115                 pte = (unsigned *)vtopte(tmpva);
3116                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3117                 size -= PAGE_SIZE;
3118                 tmpva += PAGE_SIZE;
3119                 pa += PAGE_SIZE;
3120         }
3121         cpu_invltlb();
3122         smp_invltlb();
3123
3124         return ((void *)(va + offset));
3125 }
3126
3127 void
3128 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3129 {
3130         vm_offset_t base, offset;
3131
3132         base = va & PG_FRAME;
3133         offset = va & PAGE_MASK;
3134         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3135         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3136         kmem_free(&kernel_map, base, size);
3137 }
3138
3139 /*
3140  * perform the pmap work for mincore
3141  */
3142 int
3143 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3144 {
3145         unsigned *ptep, pte;
3146         vm_page_t m;
3147         int val = 0;
3148         
3149         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3150         if (ptep == 0) {
3151                 return 0;
3152         }
3153
3154         if ((pte = *ptep) != 0) {
3155                 vm_offset_t pa;
3156
3157                 val = MINCORE_INCORE;
3158                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3159                         return val;
3160
3161                 pa = pte & PG_FRAME;
3162
3163                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3164
3165                 /*
3166                  * Modified by us
3167                  */
3168                 if (pte & PG_M)
3169                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3170                 /*
3171                  * Modified by someone
3172                  */
3173                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3174                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3175                 /*
3176                  * Referenced by us
3177                  */
3178                 if (pte & PG_A)
3179                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3180
3181                 /*
3182                  * Referenced by someone
3183                  */
3184                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3185                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3186                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3187                 }
3188         } 
3189         return val;
3190 }
3191
3192 void
3193 pmap_activate(struct proc *p)
3194 {
3195         pmap_t  pmap;
3196
3197         KKASSERT((p == curproc));
3198
3199         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3200 #if defined(SMP)
3201         atomic_set_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3202 #else
3203         pmap->pm_active |= 1;
3204 #endif
3205 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3206         tlb_flush_count++;
3207 #endif
3208         curthread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
3209         load_cr3(curthread->td_pcb->pcb_cr3);
3210 }
3211
3212 void
3213 pmap_deactivate(struct proc *p)
3214 {
3215         pmap_t  pmap;
3216
3217         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3218 #if defined(SMP)
3219         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3220 #else
3221         pmap->pm_active &= ~1;
3222 #endif
3223         /*
3224          * XXX - note we do not adjust %cr3.  The caller is expected to
3225          * activate a new pmap or do a thread-exit.
3226          */
3227 }
3228
3229 vm_offset_t
3230 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3231 {
3232
3233         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3234                 return addr;
3235         }
3236
3237         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3238         return addr;
3239 }
3240
3241
3242 #if defined(DEBUG)
3243
3244 static void     pads (pmap_t pm);
3245 void            pmap_pvdump (vm_paddr_t pa);
3246
3247 /* print address space of pmap*/
3248 static void
3249 pads(pmap_t pm)
3250 {
3251         unsigned va, i, j;
3252         unsigned *ptep;
3253
3254         if (pm == &kernel_pmap)
3255                 return;
3256         for (i = 0; i < 1024; i++)
3257                 if (pm->pm_pdir[i])
3258                         for (j = 0; j < 1024; j++) {
3259                                 va = (i << PDRSHIFT) + (j << PAGE_SHIFT);
3260                                 if (pm == &kernel_pmap && va < KERNBASE)
3261                                         continue;
3262                                 if (pm != &kernel_pmap && va > UPT_MAX_ADDRESS)
3263                                         continue;
3264                                 ptep = pmap_pte_quick(pm, va);
3265                                 if (pmap_pte_v(ptep))
3266                                         kprintf("%x:%x ", va, *(int *) ptep);
3267                         };
3268
3269 }
3270
3271 void
3272 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
3273 {
3274         pv_entry_t pv;
3275         vm_page_t m;
3276
3277         kprintf("pa %08llx", (long long)pa);
3278         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3279         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3280 #ifdef used_to_be
3281                 kprintf(" -> pmap %p, va %x, flags %x",
3282                     (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_flags);
3283 #endif
3284                 kprintf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3285                 pads(pv->pv_pmap);
3286         }
3287         kprintf(" ");
3288 }
3289 #endif