Update to zstd 1.3.2
[freebsd.git] / sys / arm64 / arm64 / 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  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/msgbuf.h>
120 #include <sys/mutex.h>
121 #include <sys/proc.h>
122 #include <sys/rwlock.h>
123 #include <sys/sx.h>
124 #include <sys/vmem.h>
125 #include <sys/vmmeter.h>
126 #include <sys/sched.h>
127 #include <sys/sysctl.h>
128 #include <sys/_unrhdr.h>
129 #include <sys/smp.h>
130
131 #include <vm/vm.h>
132 #include <vm/vm_param.h>
133 #include <vm/vm_kern.h>
134 #include <vm/vm_page.h>
135 #include <vm/vm_map.h>
136 #include <vm/vm_object.h>
137 #include <vm/vm_extern.h>
138 #include <vm/vm_pageout.h>
139 #include <vm/vm_pager.h>
140 #include <vm/vm_phys.h>
141 #include <vm/vm_radix.h>
142 #include <vm/vm_reserv.h>
143 #include <vm/uma.h>
144
145 #include <machine/machdep.h>
146 #include <machine/md_var.h>
147 #include <machine/pcb.h>
148
149 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
150 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
151 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
152 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
153
154 #define NUL0E           L0_ENTRIES
155 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
156 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
157
158 #if !defined(DIAGNOSTIC)
159 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
160 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
161 #else
162 #define PMAP_INLINE     extern inline
163 #endif
164 #else
165 #define PMAP_INLINE
166 #endif
167
168 /*
169  * These are configured by the mair_el1 register. This is set up in locore.S
170  */
171 #define DEVICE_MEMORY   0
172 #define UNCACHED_MEMORY 1
173 #define CACHED_MEMORY   2
174
175
176 #ifdef PV_STATS
177 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
178 #else
179 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
180 #endif
181
182 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
183 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
184
185 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
186
187 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
188                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
189
190 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
191         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
192         struct rwlock *_new_lock;                       \
193                                                         \
194         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
195         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
196                 if (*_lockp != NULL)                    \
197                         rw_wunlock(*_lockp);            \
198                 *_lockp = _new_lock;                    \
199                 rw_wlock(*_lockp);                      \
200         }                                               \
201 } while (0)
202
203 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
204                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
205
206 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
207         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
208                                                         \
209         if (*_lockp != NULL) {                          \
210                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
211                 *_lockp = NULL;                         \
212         }                                               \
213 } while (0)
214
215 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
216                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
217
218 struct pmap kernel_pmap_store;
219
220 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
221 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
222 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
223
224 struct msgbuf *msgbufp = NULL;
225
226 /*
227  * Data for the pv entry allocation mechanism.
228  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
229  * elements, but reads are not.
230  */
231 static struct md_page *pv_table;
232 static struct md_page pv_dummy;
233
234 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
235 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
236 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
237
238 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
239 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
240 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
241
242 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
243 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
244
245 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
246
247 static int superpages_enabled = 1;
248 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
249     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
250     "Are large page mappings enabled?");
251
252 /*
253  * Data for the pv entry allocation mechanism
254  */
255 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
256 static struct mtx pv_chunks_mutex;
257 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
258
259 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
260 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
261 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
262 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
263 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
264 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
265                     vm_offset_t va);
266
267 static int pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
268 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
269 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
270 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
271     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
272 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
273 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
274     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
275 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
276     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
277 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
278     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
279 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
280     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
281
282 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
283                 struct rwlock **lockp);
284
285 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
286     struct spglist *free);
287 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
288 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
289
290 /*
291  * These load the old table data and store the new value.
292  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
293  * the same time as the CPU.
294  */
295 #define pmap_load_store(table, entry) atomic_swap_64(table, entry)
296 #define pmap_set(table, mask) atomic_set_64(table, mask)
297 #define pmap_load_clear(table) atomic_swap_64(table, 0)
298 #define pmap_load(table) (*table)
299
300 /********************/
301 /* Inline functions */
302 /********************/
303
304 static __inline void
305 pagecopy(void *s, void *d)
306 {
307
308         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
309 }
310
311 static __inline pd_entry_t *
312 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
313 {
314
315         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
316 }
317
318 static __inline pd_entry_t *
319 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
320 {
321         pd_entry_t *l1;
322
323         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
324         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
325 }
326
327 static __inline pd_entry_t *
328 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
329 {
330         pd_entry_t *l0;
331
332         l0 = pmap_l0(pmap, va);
333         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
334                 return (NULL);
335
336         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
337 }
338
339 static __inline pd_entry_t *
340 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
341 {
342         pd_entry_t *l2;
343
344         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
345         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
346 }
347
348 static __inline pd_entry_t *
349 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
350 {
351         pd_entry_t *l1;
352
353         l1 = pmap_l1(pmap, va);
354         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
355                 return (NULL);
356
357         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
358 }
359
360 static __inline pt_entry_t *
361 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
362 {
363         pt_entry_t *l3;
364
365         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
366         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
367 }
368
369 /*
370  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
371  * The next level may or may not point to a valid page or block.
372  */
373 static __inline pd_entry_t *
374 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
375 {
376         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
377
378         l0 = pmap_l0(pmap, va);
379         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
380         if (desc != L0_TABLE) {
381                 *level = -1;
382                 return (NULL);
383         }
384
385         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
386         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
387         if (desc != L1_TABLE) {
388                 *level = 0;
389                 return (l0);
390         }
391
392         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
393         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
394         if (desc != L2_TABLE) {
395                 *level = 1;
396                 return (l1);
397         }
398
399         *level = 2;
400         return (l2);
401 }
402
403 /*
404  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
405  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
406  * the first invalid level.
407  */
408 static __inline pt_entry_t *
409 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
410 {
411         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
412         pt_entry_t *l3;
413
414         l1 = pmap_l1(pmap, va);
415         if (l1 == NULL) {
416                 *level = 0;
417                 return (NULL);
418         }
419         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
420         if (desc == L1_BLOCK) {
421                 *level = 1;
422                 return (l1);
423         }
424
425         if (desc != L1_TABLE) {
426                 *level = 1;
427                 return (NULL);
428         }
429
430         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
431         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
432         if (desc == L2_BLOCK) {
433                 *level = 2;
434                 return (l2);
435         }
436
437         if (desc != L2_TABLE) {
438                 *level = 2;
439                 return (NULL);
440         }
441
442         *level = 3;
443         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
444         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
445                 return (NULL);
446
447         return (l3);
448 }
449
450 static inline bool
451 pmap_superpages_enabled(void)
452 {
453
454         return (superpages_enabled != 0);
455 }
456
457 bool
458 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
459     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
460 {
461         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
462
463         if (pmap->pm_l0 == NULL)
464                 return (false);
465
466         l0p = pmap_l0(pmap, va);
467         *l0 = l0p;
468
469         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
470                 return (false);
471
472         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
473         *l1 = l1p;
474
475         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
476                 *l2 = NULL;
477                 *l3 = NULL;
478                 return (true);
479         }
480
481         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
482                 return (false);
483
484         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
485         *l2 = l2p;
486
487         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
488                 *l3 = NULL;
489                 return (true);
490         }
491
492         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
493
494         return (true);
495 }
496
497 static __inline int
498 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
499 {
500
501         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
502 }
503
504
505 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
506
507 /*
508  * Checks if the page is dirty. We currently lack proper tracking of this on
509  * arm64 so for now assume is a page mapped as rw was accessed it is.
510  */
511 static inline int
512 pmap_page_dirty(pt_entry_t pte)
513 {
514
515         return ((pte & (ATTR_AF | ATTR_AP_RW_BIT)) ==
516             (ATTR_AF | ATTR_AP(ATTR_AP_RW)));
517 }
518
519 static __inline void
520 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
521 {
522
523         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
524         pmap->pm_stats.resident_count += count;
525 }
526
527 static __inline void
528 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
529 {
530
531         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
532         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
533             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
534             pmap->pm_stats.resident_count, count));
535         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
536 }
537
538 static pt_entry_t *
539 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
540     u_int *l2_slot)
541 {
542         pt_entry_t *l2;
543         pd_entry_t *l1;
544
545         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
546         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
547
548         /* Check locore has used a table L1 map */
549         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
550            ("Invalid bootstrap L1 table"));
551         /* Find the address of the L2 table */
552         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
553         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
554
555         return (l2);
556 }
557
558 static vm_paddr_t
559 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
560 {
561         u_int l1_slot, l2_slot;
562         pt_entry_t *l2;
563
564         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
565
566         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
567 }
568
569 static void
570 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
571 {
572         vm_offset_t va;
573         vm_paddr_t pa;
574         u_int l1_slot;
575
576         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
577         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
578         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
579             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
580                 l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
581
582                 pmap_load_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
583                     (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
584                     ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L1_BLOCK);
585         }
586
587         /* Set the upper limit of the DMAP region */
588         dmap_phys_max = pa;
589         dmap_max_addr = va;
590
591         cpu_tlb_flushID();
592 }
593
594 static vm_offset_t
595 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
596 {
597         vm_offset_t l2pt;
598         vm_paddr_t pa;
599         pd_entry_t *l1;
600         u_int l1_slot;
601
602         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
603
604         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
605         l1_slot = pmap_l1_index(va);
606         l2pt = l2_start;
607
608         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
609                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
610
611                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
612                 pmap_load_store(&l1[l1_slot],
613                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
614                 l2pt += PAGE_SIZE;
615         }
616
617         /* Clean the L2 page table */
618         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
619
620         return l2pt;
621 }
622
623 static vm_offset_t
624 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
625 {
626         vm_offset_t l2pt, l3pt;
627         vm_paddr_t pa;
628         pd_entry_t *l2;
629         u_int l2_slot;
630
631         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
632
633         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
634         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
635         l2pt = (vm_offset_t)l2;
636         l2_slot = pmap_l2_index(va);
637         l3pt = l3_start;
638
639         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
640                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
641
642                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
643                 pmap_load_store(&l2[l2_slot],
644                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L2_TABLE);
645                 l3pt += PAGE_SIZE;
646         }
647
648         /* Clean the L2 page table */
649         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
650
651         return l3pt;
652 }
653
654 /*
655  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
656  */
657 void
658 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
659     vm_size_t kernlen)
660 {
661         u_int l1_slot, l2_slot, avail_slot, map_slot, used_map_slot;
662         uint64_t kern_delta;
663         pt_entry_t *l2;
664         vm_offset_t va, freemempos;
665         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
666         vm_paddr_t pa, max_pa, min_pa;
667         int i;
668
669         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
670         physmem = 0;
671
672         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
673         printf("%lx\n", l1pt);
674         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
675
676         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
677         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
678         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
679
680         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
681         min_pa = max_pa = KERNBASE - kern_delta;
682
683         /*
684          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
685          * but may contain empty ranges.
686          */
687         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
688                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
689                         continue;
690                 if (physmap[i] <= min_pa)
691                         min_pa = physmap[i];
692                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
693                         max_pa = physmap[i + 1];
694         }
695
696         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
697         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
698
699         va = KERNBASE;
700         pa = KERNBASE - kern_delta;
701
702         /*
703          * Start to initialise phys_avail by copying from physmap
704          * up to the physical address KERNBASE points at.
705          */
706         map_slot = avail_slot = 0;
707         for (; map_slot < (physmap_idx * 2) &&
708             avail_slot < (PHYS_AVAIL_SIZE - 2); map_slot += 2) {
709                 if (physmap[map_slot] == physmap[map_slot + 1])
710                         continue;
711
712                 if (physmap[map_slot] <= pa &&
713                     physmap[map_slot + 1] > pa)
714                         break;
715
716                 phys_avail[avail_slot] = physmap[map_slot];
717                 phys_avail[avail_slot + 1] = physmap[map_slot + 1];
718                 physmem += (phys_avail[avail_slot + 1] -
719                     phys_avail[avail_slot]) >> PAGE_SHIFT;
720                 avail_slot += 2;
721         }
722
723         /* Add the memory before the kernel */
724         if (physmap[avail_slot] < pa && avail_slot < (PHYS_AVAIL_SIZE - 2)) {
725                 phys_avail[avail_slot] = physmap[map_slot];
726                 phys_avail[avail_slot + 1] = pa;
727                 physmem += (phys_avail[avail_slot + 1] -
728                     phys_avail[avail_slot]) >> PAGE_SHIFT;
729                 avail_slot += 2;
730         }
731         used_map_slot = map_slot;
732
733         /*
734          * Read the page table to find out what is already mapped.
735          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
736          * using a single L1 entry.
737          */
738         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
739
740         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
741         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
742
743         /* Find how many pages we have mapped */
744         for (; l2_slot < Ln_ENTRIES; l2_slot++) {
745                 if ((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == 0)
746                         break;
747
748                 /* Check locore used L2 blocks */
749                 KASSERT((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
750                     ("Invalid bootstrap L2 table"));
751                 KASSERT((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) == pa,
752                     ("Incorrect PA in L2 table"));
753
754                 va += L2_SIZE;
755                 pa += L2_SIZE;
756         }
757
758         va = roundup2(va, L1_SIZE);
759
760         freemempos = KERNBASE + kernlen;
761         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
762         /* Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS */
763         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, va, freemempos);
764         /* And the l3 tables for the early devmap */
765         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
766             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
767
768         cpu_tlb_flushID();
769
770 #define alloc_pages(var, np)                                            \
771         (var) = freemempos;                                             \
772         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
773         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
774
775         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
776         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
777         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
778
779         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
780         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
781         msgbufp = (void *)msgbufpv;
782
783         virtual_avail = roundup2(freemempos, L1_SIZE);
784         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
785         kernel_vm_end = virtual_avail;
786
787         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
788
789         /* Finish initialising physmap */
790         map_slot = used_map_slot;
791         for (; avail_slot < (PHYS_AVAIL_SIZE - 2) &&
792             map_slot < (physmap_idx * 2); map_slot += 2) {
793                 if (physmap[map_slot] == physmap[map_slot + 1])
794                         continue;
795
796                 /* Have we used the current range? */
797                 if (physmap[map_slot + 1] <= pa)
798                         continue;
799
800                 /* Do we need to split the entry? */
801                 if (physmap[map_slot] < pa) {
802                         phys_avail[avail_slot] = pa;
803                         phys_avail[avail_slot + 1] = physmap[map_slot + 1];
804                 } else {
805                         phys_avail[avail_slot] = physmap[map_slot];
806                         phys_avail[avail_slot + 1] = physmap[map_slot + 1];
807                 }
808                 physmem += (phys_avail[avail_slot + 1] -
809                     phys_avail[avail_slot]) >> PAGE_SHIFT;
810
811                 avail_slot += 2;
812         }
813         phys_avail[avail_slot] = 0;
814         phys_avail[avail_slot + 1] = 0;
815
816         /*
817          * Maxmem isn't the "maximum memory", it's one larger than the
818          * highest page of the physical address space.  It should be
819          * called something like "Maxphyspage".
820          */
821         Maxmem = atop(phys_avail[avail_slot - 1]);
822
823         cpu_tlb_flushID();
824 }
825
826 /*
827  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
828  */
829 void
830 pmap_page_init(vm_page_t m)
831 {
832
833         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
834         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
835 }
836
837 /*
838  *      Initialize the pmap module.
839  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
840  *      system needs to map virtual memory.
841  */
842 void
843 pmap_init(void)
844 {
845         vm_size_t s;
846         int i, pv_npg;
847
848         /*
849          * Are large page mappings enabled?
850          */
851         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
852
853         /*
854          * Initialize the pv chunk list mutex.
855          */
856         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
857
858         /*
859          * Initialize the pool of pv list locks.
860          */
861         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
862                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
863
864         /*
865          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
866          */
867         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
868
869         /*
870          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
871          */
872         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
873         s = round_page(s);
874         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
875             M_WAITOK | M_ZERO);
876         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
877                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
878         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
879 }
880
881 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD, 0,
882     "2MB page mapping counters");
883
884 static u_long pmap_l2_demotions;
885 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
886     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
887
888 static u_long pmap_l2_p_failures;
889 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
890     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
891
892 static u_long pmap_l2_promotions;
893 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
894     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
895
896 /*
897  * Invalidate a single TLB entry.
898  */
899 PMAP_INLINE void
900 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
901 {
902
903         sched_pin();
904         __asm __volatile(
905             "dsb  ishst         \n"
906             "tlbi vaae1is, %0   \n"
907             "dsb  ish           \n"
908             "isb                \n"
909             : : "r"(va >> PAGE_SHIFT));
910         sched_unpin();
911 }
912
913 PMAP_INLINE void
914 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
915 {
916         vm_offset_t addr;
917
918         sched_pin();
919         dsb(ishst);
920         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
921                 __asm __volatile(
922                     "tlbi vaae1is, %0" : : "r"(addr >> PAGE_SHIFT));
923         }
924         __asm __volatile(
925             "dsb  ish   \n"
926             "isb        \n");
927         sched_unpin();
928 }
929
930 PMAP_INLINE void
931 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
932 {
933
934         sched_pin();
935         __asm __volatile(
936             "dsb  ishst         \n"
937             "tlbi vmalle1is     \n"
938             "dsb  ish           \n"
939             "isb                \n");
940         sched_unpin();
941 }
942
943 /*
944  *      Routine:        pmap_extract
945  *      Function:
946  *              Extract the physical page address associated
947  *              with the given map/virtual_address pair.
948  */
949 vm_paddr_t
950 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
951 {
952         pt_entry_t *pte, tpte;
953         vm_paddr_t pa;
954         int lvl;
955
956         pa = 0;
957         PMAP_LOCK(pmap);
958         /*
959          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
960          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
961          */
962         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
963         if (pte != NULL) {
964                 tpte = pmap_load(pte);
965                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
966                 switch(lvl) {
967                 case 1:
968                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
969                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
970                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
971                         pa |= (va & L1_OFFSET);
972                         break;
973                 case 2:
974                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
975                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
976                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
977                         pa |= (va & L2_OFFSET);
978                         break;
979                 case 3:
980                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
981                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
982                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
983                         pa |= (va & L3_OFFSET);
984                         break;
985                 }
986         }
987         PMAP_UNLOCK(pmap);
988         return (pa);
989 }
990
991 /*
992  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
993  *      Function:
994  *              Atomically extract and hold the physical page
995  *              with the given pmap and virtual address pair
996  *              if that mapping permits the given protection.
997  */
998 vm_page_t
999 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1000 {
1001         pt_entry_t *pte, tpte;
1002         vm_offset_t off;
1003         vm_paddr_t pa;
1004         vm_page_t m;
1005         int lvl;
1006
1007         pa = 0;
1008         m = NULL;
1009         PMAP_LOCK(pmap);
1010 retry:
1011         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1012         if (pte != NULL) {
1013                 tpte = pmap_load(pte);
1014
1015                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1016                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1017                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1018                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1019                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1020                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1021                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1022                 if (((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ||
1023                     ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1024                         switch(lvl) {
1025                         case 1:
1026                                 off = va & L1_OFFSET;
1027                                 break;
1028                         case 2:
1029                                 off = va & L2_OFFSET;
1030                                 break;
1031                         case 3:
1032                         default:
1033                                 off = 0;
1034                         }
1035                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap,
1036                             (tpte & ~ATTR_MASK) | off, &pa))
1037                                 goto retry;
1038                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1039                         vm_page_hold(m);
1040                 }
1041         }
1042         PA_UNLOCK_COND(pa);
1043         PMAP_UNLOCK(pmap);
1044         return (m);
1045 }
1046
1047 vm_paddr_t
1048 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1049 {
1050         pt_entry_t *pte, tpte;
1051         vm_paddr_t pa;
1052         int lvl;
1053
1054         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1055                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1056         } else {
1057                 pa = 0;
1058                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1059                 if (pte != NULL) {
1060                         tpte = pmap_load(pte);
1061                         pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1062                         switch(lvl) {
1063                         case 1:
1064                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1065                                     ("pmap_kextract: Invalid L1 pte found: %lx",
1066                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1067                                 pa |= (va & L1_OFFSET);
1068                                 break;
1069                         case 2:
1070                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1071                                     ("pmap_kextract: Invalid L2 pte found: %lx",
1072                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1073                                 pa |= (va & L2_OFFSET);
1074                                 break;
1075                         case 3:
1076                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1077                                     ("pmap_kextract: Invalid L3 pte found: %lx",
1078                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1079                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
1080                                 break;
1081                         }
1082                 }
1083         }
1084         return (pa);
1085 }
1086
1087 /***************************************************
1088  * Low level mapping routines.....
1089  ***************************************************/
1090
1091 static void
1092 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1093 {
1094         pd_entry_t *pde;
1095         pt_entry_t *pte, attr;
1096         vm_offset_t va;
1097         int lvl;
1098
1099         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1100            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1101         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1102            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1103         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1104             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1105
1106         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(mode) | L3_PAGE;
1107         if (mode == DEVICE_MEMORY)
1108                 attr |= ATTR_XN;
1109
1110         va = sva;
1111         while (size != 0) {
1112                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1113                 KASSERT(pde != NULL,
1114                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1115                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1116
1117                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1118                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1119
1120                 va += PAGE_SIZE;
1121                 pa += PAGE_SIZE;
1122                 size -= PAGE_SIZE;
1123         }
1124         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1125 }
1126
1127 void
1128 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1129 {
1130
1131         pmap_kenter(sva, size, pa, DEVICE_MEMORY);
1132 }
1133
1134 /*
1135  * Remove a page from the kernel pagetables.
1136  */
1137 PMAP_INLINE void
1138 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1139 {
1140         pt_entry_t *pte;
1141         int lvl;
1142
1143         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1144         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1145         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1146
1147         pmap_load_clear(pte);
1148         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1149 }
1150
1151 void
1152 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1153 {
1154         pt_entry_t *pte;
1155         vm_offset_t va;
1156         int lvl;
1157
1158         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1159            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1160         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1161             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1162
1163         va = sva;
1164         while (size != 0) {
1165                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1166                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1167                 KASSERT(lvl == 3,
1168                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1169                 pmap_load_clear(pte);
1170
1171                 va += PAGE_SIZE;
1172                 size -= PAGE_SIZE;
1173         }
1174         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1175 }
1176
1177 /*
1178  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1179  *      virtual address space.
1180  *
1181  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1182  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1183  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1184  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1185  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1186  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1187  *      region.
1188  */
1189 vm_offset_t
1190 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1191 {
1192         return PHYS_TO_DMAP(start);
1193 }
1194
1195
1196 /*
1197  * Add a list of wired pages to the kva
1198  * this routine is only used for temporary
1199  * kernel mappings that do not need to have
1200  * page modification or references recorded.
1201  * Note that old mappings are simply written
1202  * over.  The page *must* be wired.
1203  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1204  */
1205 void
1206 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1207 {
1208         pd_entry_t *pde;
1209         pt_entry_t *pte, pa;
1210         vm_offset_t va;
1211         vm_page_t m;
1212         int i, lvl;
1213
1214         va = sva;
1215         for (i = 0; i < count; i++) {
1216                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1217                 KASSERT(pde != NULL,
1218                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1219                 KASSERT(lvl == 2,
1220                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1221
1222                 m = ma[i];
1223                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT | ATTR_AP(ATTR_AP_RW) |
1224                     ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1225                 if (m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
1226                         pa |= ATTR_XN;
1227                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1228                 pmap_load_store(pte, pa);
1229
1230                 va += L3_SIZE;
1231         }
1232         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1233 }
1234
1235 /*
1236  * This routine tears out page mappings from the
1237  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1238  */
1239 void
1240 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1241 {
1242         pt_entry_t *pte;
1243         vm_offset_t va;
1244         int lvl;
1245
1246         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1247
1248         va = sva;
1249         while (count-- > 0) {
1250                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1251                 KASSERT(lvl == 3,
1252                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1253                 if (pte != NULL) {
1254                         pmap_load_clear(pte);
1255                 }
1256
1257                 va += PAGE_SIZE;
1258         }
1259         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1260 }
1261
1262 /***************************************************
1263  * Page table page management routines.....
1264  ***************************************************/
1265 static __inline void
1266 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
1267 {
1268         vm_page_t m;
1269
1270         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
1271                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
1272                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1273                 vm_page_free_toq(m);
1274         }
1275 }
1276
1277 /*
1278  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1279  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1280  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1281  */
1282 static __inline void
1283 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1284     boolean_t set_PG_ZERO)
1285 {
1286
1287         if (set_PG_ZERO)
1288                 m->flags |= PG_ZERO;
1289         else
1290                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1291         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1292 }
1293
1294 /*
1295  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1296  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1297  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1298  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1299  */
1300 static inline boolean_t
1301 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1302 {
1303
1304         --m->wire_count;
1305         if (m->wire_count == 0) {
1306                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1307                 return (TRUE);
1308         } else
1309                 return (FALSE);
1310 }
1311
1312 static void
1313 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1314 {
1315
1316         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1317         /*
1318          * unmap the page table page
1319          */
1320         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1321                 /* l1 page */
1322                 pd_entry_t *l0;
1323
1324                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1325                 pmap_load_clear(l0);
1326         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1327                 /* l2 page */
1328                 pd_entry_t *l1;
1329
1330                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1331                 pmap_load_clear(l1);
1332         } else {
1333                 /* l3 page */
1334                 pd_entry_t *l2;
1335
1336                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1337                 pmap_load_clear(l2);
1338         }
1339         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1340         if (m->pindex < NUL2E) {
1341                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1342                 pd_entry_t *l1, tl1;
1343                 vm_page_t l2pg;
1344
1345                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1346                 tl1 = pmap_load(l1);
1347                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1348                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1349         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1350                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1351                 pd_entry_t *l0, tl0;
1352                 vm_page_t l1pg;
1353
1354                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1355                 tl0 = pmap_load(l0);
1356                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1357                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1358         }
1359         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1360
1361         /*
1362          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1363          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1364          * down is begun.
1365          */
1366         atomic_subtract_rel_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1367
1368         /*
1369          * Put page on a list so that it is released after
1370          * *ALL* TLB shootdown is done
1371          */
1372         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1373 }
1374
1375 /*
1376  * After removing a page table entry, this routine is used to
1377  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1378  */
1379 static int
1380 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1381     struct spglist *free)
1382 {
1383         vm_page_t mpte;
1384
1385         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1386                 return (0);
1387         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1388         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1389         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1390 }
1391
1392 void
1393 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1394 {
1395
1396         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1397         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1398         pmap->pm_l0 = kernel_pmap->pm_l0;
1399         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1400 }
1401
1402 int
1403 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1404 {
1405         vm_paddr_t l0phys;
1406         vm_page_t l0pt;
1407
1408         /*
1409          * allocate the l0 page
1410          */
1411         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1412             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1413                 VM_WAIT;
1414
1415         l0phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1416         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l0phys);
1417
1418         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1419                 pagezero(pmap->pm_l0);
1420
1421         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1422         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1423
1424         return (1);
1425 }
1426
1427 /*
1428  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1429  *
1430  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1431  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1432  *
1433  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1434  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1435  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1436  * race conditions.
1437  */
1438 static vm_page_t
1439 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1440 {
1441         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1442
1443         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1444
1445         /*
1446          * Allocate a page table page.
1447          */
1448         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1449             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1450                 if (lockp != NULL) {
1451                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1452                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1453                         VM_WAIT;
1454                         PMAP_LOCK(pmap);
1455                 }
1456
1457                 /*
1458                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1459                  * page may have been allocated.
1460                  */
1461                 return (NULL);
1462         }
1463         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1464                 pmap_zero_page(m);
1465
1466         /*
1467          * Map the pagetable page into the process address space, if
1468          * it isn't already there.
1469          */
1470
1471         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1472                 pd_entry_t *l0;
1473                 vm_pindex_t l0index;
1474
1475                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1476                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1477                 pmap_load_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1478         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1479                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1480                 pd_entry_t *l0, *l1;
1481                 pd_entry_t tl0;
1482
1483                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1484                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1485
1486                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1487                 tl0 = pmap_load(l0);
1488                 if (tl0 == 0) {
1489                         /* recurse for allocating page dir */
1490                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1491                             lockp) == NULL) {
1492                                 --m->wire_count;
1493                                 /* XXX: release mem barrier? */
1494                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1495                                 vm_page_free_zero(m);
1496                                 return (NULL);
1497                         }
1498                 } else {
1499                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1500                         l1pg->wire_count++;
1501                 }
1502
1503                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1504                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1505                 pmap_load_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1506         } else {
1507                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1508                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1509                 pd_entry_t tl0, tl1;
1510
1511                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1512                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1513
1514                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1515                 tl0 = pmap_load(l0);
1516                 if (tl0 == 0) {
1517                         /* recurse for allocating page dir */
1518                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1519                             lockp) == NULL) {
1520                                 --m->wire_count;
1521                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1522                                 vm_page_free_zero(m);
1523                                 return (NULL);
1524                         }
1525                         tl0 = pmap_load(l0);
1526                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1527                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1528                 } else {
1529                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1530                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1531                         tl1 = pmap_load(l1);
1532                         if (tl1 == 0) {
1533                                 /* recurse for allocating page dir */
1534                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1535                                     lockp) == NULL) {
1536                                         --m->wire_count;
1537                                         /* XXX: release mem barrier? */
1538                                         atomic_subtract_int(
1539                                             &vm_cnt.v_wire_count, 1);
1540                                         vm_page_free_zero(m);
1541                                         return (NULL);
1542                                 }
1543                         } else {
1544                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1545                                 l2pg->wire_count++;
1546                         }
1547                 }
1548
1549                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1550                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1551                 pmap_load_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1552         }
1553
1554         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1555
1556         return (m);
1557 }
1558
1559 static vm_page_t
1560 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1561 {
1562         vm_pindex_t ptepindex;
1563         pd_entry_t *pde, tpde;
1564 #ifdef INVARIANTS
1565         pt_entry_t *pte;
1566 #endif
1567         vm_page_t m;
1568         int lvl;
1569
1570         /*
1571          * Calculate pagetable page index
1572          */
1573         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1574 retry:
1575         /*
1576          * Get the page directory entry
1577          */
1578         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1579
1580         /*
1581          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1582          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1583          * table.
1584          */
1585         switch (lvl) {
1586         case -1:
1587                 break;
1588         case 0:
1589 #ifdef INVARIANTS
1590                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1591                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1592                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1593 #endif
1594                 break;
1595         case 1:
1596 #ifdef INVARIANTS
1597                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1598                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1599                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1600 #endif
1601                 break;
1602         case 2:
1603                 tpde = pmap_load(pde);
1604                 if (tpde != 0) {
1605                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1606                         m->wire_count++;
1607                         return (m);
1608                 }
1609                 break;
1610         default:
1611                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1612         }
1613
1614         /*
1615          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1616          */
1617         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1618         if (m == NULL && lockp != NULL)
1619                 goto retry;
1620
1621         return (m);
1622 }
1623
1624
1625 /***************************************************
1626  * Pmap allocation/deallocation routines.
1627  ***************************************************/
1628
1629 /*
1630  * Release any resources held by the given physical map.
1631  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1632  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1633  */
1634 void
1635 pmap_release(pmap_t pmap)
1636 {
1637         vm_page_t m;
1638
1639         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1640             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1641             pmap->pm_stats.resident_count));
1642         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1643             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1644
1645         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l0));
1646
1647         m->wire_count--;
1648         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1649         vm_page_free_zero(m);
1650 }
1651
1652 static int
1653 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1654 {
1655         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1656
1657         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1658 }
1659 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1660     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1661
1662 static int
1663 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1664 {
1665         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1666
1667         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1668 }
1669 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1670     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1671
1672 /*
1673  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1674  */
1675 void
1676 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1677 {
1678         vm_paddr_t paddr;
1679         vm_page_t nkpg;
1680         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1681
1682         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1683
1684         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1685         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1686                 addr = kernel_map->max_offset;
1687         while (kernel_vm_end < addr) {
1688                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1689                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
1690                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
1691
1692                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
1693                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1694                         /* We need a new PDP entry */
1695                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1696                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1697                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1698                         if (nkpg == NULL)
1699                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1700                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1701                                 pmap_zero_page(nkpg);
1702                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1703                         pmap_load_store(l1, paddr | L1_TABLE);
1704                         continue; /* try again */
1705                 }
1706                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1707                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_AF) != 0) {
1708                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1709                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1710                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1711                                 break;
1712                         }
1713                         continue;
1714                 }
1715
1716                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1717                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1718                     VM_ALLOC_ZERO);
1719                 if (nkpg == NULL)
1720                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1721                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1722                         pmap_zero_page(nkpg);
1723                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1724                 pmap_load_store(l2, paddr | L2_TABLE);
1725                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1726
1727                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1728                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1729                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1730                         break;
1731                 }
1732         }
1733 }
1734
1735
1736 /***************************************************
1737  * page management routines.
1738  ***************************************************/
1739
1740 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1741 CTASSERT(_NPCM == 3);
1742 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1743
1744 static __inline struct pv_chunk *
1745 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1746 {
1747
1748         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1749 }
1750
1751 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1752
1753 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1754 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1755 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1756
1757 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1758
1759 #if 0
1760 #ifdef PV_STATS
1761 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1762
1763 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1764         "Current number of pv entry chunks");
1765 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1766         "Current number of pv entry chunks allocated");
1767 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1768         "Current number of pv entry chunks frees");
1769 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1770         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1771
1772 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1773 static int pv_entry_spare;
1774
1775 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1776         "Current number of pv entry frees");
1777 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1778         "Current number of pv entry allocs");
1779 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1780         "Current number of pv entries");
1781 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1782         "Current number of spare pv entries");
1783 #endif
1784 #endif /* 0 */
1785
1786 /*
1787  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1788  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1789  * another pv entry chunk.
1790  *
1791  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1792  *
1793  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1794  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1795  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1796  */
1797 static vm_page_t
1798 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1799 {
1800         struct pch new_tail;
1801         struct pv_chunk *pc;
1802         struct md_page *pvh;
1803         pd_entry_t *pde;
1804         pmap_t pmap;
1805         pt_entry_t *pte, tpte;
1806         pv_entry_t pv;
1807         vm_offset_t va;
1808         vm_page_t m, m_pc;
1809         struct spglist free;
1810         uint64_t inuse;
1811         int bit, field, freed, lvl;
1812
1813         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
1814         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
1815         pmap = NULL;
1816         m_pc = NULL;
1817         SLIST_INIT(&free);
1818         TAILQ_INIT(&new_tail);
1819         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1820         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
1821                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1822                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1823                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
1824                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1825                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1826                         pmap = pc->pc_pmap;
1827                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1828                         if (pmap > locked_pmap) {
1829                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1830                                 PMAP_LOCK(pmap);
1831                         } else if (pmap != locked_pmap &&
1832                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
1833                                 pmap = NULL;
1834                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1835                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1836                                 continue;
1837                         }
1838                 }
1839
1840                 /*
1841                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
1842                  */
1843                 freed = 0;
1844                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1845                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
1846                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
1847                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
1848                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1849                                 va = pv->pv_va;
1850                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1851                                 if (lvl != 2)
1852                                         continue;
1853                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1854                                 tpte = pmap_load(pte);
1855                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
1856                                         continue;
1857                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
1858                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1859                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
1860                                 if (pmap_page_dirty(tpte))
1861                                         vm_page_dirty(m);
1862                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
1863                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
1864                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1865                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1866                                 m->md.pv_gen++;
1867                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
1868                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1869                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1870                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
1871                                                 vm_page_aflag_clear(m,
1872                                                     PGA_WRITEABLE);
1873                                         }
1874                                 }
1875                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
1876                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
1877                                 freed++;
1878                         }
1879                 }
1880                 if (freed == 0) {
1881                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1882                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1883                         continue;
1884                 }
1885                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
1886                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
1887                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
1888                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
1889                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
1890                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1891                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
1892                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
1893                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1894                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1895                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1896                         /* Entire chunk is free; return it. */
1897                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1898                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
1899                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1900                         break;
1901                 }
1902                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1903                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1904                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1905                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
1906                 if (pmap == locked_pmap)
1907                         break;
1908         }
1909         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1910         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1911         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1912                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1913         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
1914                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
1915                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
1916                 /* Recycle a freed page table page. */
1917                 m_pc->wire_count = 1;
1918                 atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
1919         }
1920         pmap_free_zero_pages(&free);
1921         return (m_pc);
1922 }
1923
1924 /*
1925  * free the pv_entry back to the free list
1926  */
1927 static void
1928 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1929 {
1930         struct pv_chunk *pc;
1931         int idx, field, bit;
1932
1933         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1934         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1935         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1936         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1937         pc = pv_to_chunk(pv);
1938         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1939         field = idx / 64;
1940         bit = idx % 64;
1941         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1942         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1943             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1944                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1945                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1946                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1947                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1948                 }
1949                 return;
1950         }
1951         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1952         free_pv_chunk(pc);
1953 }
1954
1955 static void
1956 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1957 {
1958         vm_page_t m;
1959
1960         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1961         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1962         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1963         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1964         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1965         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1966         /* entire chunk is free, return it */
1967         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1968         dump_drop_page(m->phys_addr);
1969         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1970         vm_page_free(m);
1971 }
1972
1973 /*
1974  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1975  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1976  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1977  * returned.
1978  *
1979  * The given PV list lock may be released.
1980  */
1981 static pv_entry_t
1982 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1983 {
1984         int bit, field;
1985         pv_entry_t pv;
1986         struct pv_chunk *pc;
1987         vm_page_t m;
1988
1989         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1990         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1991 retry:
1992         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1993         if (pc != NULL) {
1994                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1995                         if (pc->pc_map[field]) {
1996                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1997                                 break;
1998                         }
1999                 }
2000                 if (field < _NPCM) {
2001                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2002                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2003                         /* If this was the last item, move it to tail */
2004                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2005                             pc->pc_map[2] == 0) {
2006                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2007                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2008                                     pc_list);
2009                         }
2010                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2011                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2012                         return (pv);
2013                 }
2014         }
2015         /* No free items, allocate another chunk */
2016         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2017             VM_ALLOC_WIRED);
2018         if (m == NULL) {
2019                 if (lockp == NULL) {
2020                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2021                         return (NULL);
2022                 }
2023                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2024                 if (m == NULL)
2025                         goto retry;
2026         }
2027         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2028         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2029         dump_add_page(m->phys_addr);
2030         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2031         pc->pc_pmap = pmap;
2032         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2033         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2034         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2035         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2036         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2037         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2038         pv = &pc->pc_pventry[0];
2039         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2040         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2041         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2042         return (pv);
2043 }
2044
2045 /*
2046  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2047  * exceeds the given count, "needed".
2048  *
2049  * The given PV list lock may be released.
2050  */
2051 static void
2052 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2053 {
2054         struct pch new_tail;
2055         struct pv_chunk *pc;
2056         int avail, free;
2057         vm_page_t m;
2058
2059         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2060         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2061
2062         /*
2063          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2064          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2065          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2066          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2067          */
2068         TAILQ_INIT(&new_tail);
2069 retry:
2070         avail = 0;
2071         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2072                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2073                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2074                 if (free == 0)
2075                         break;
2076                 avail += free;
2077                 if (avail >= needed)
2078                         break;
2079         }
2080         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2081                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2082                     VM_ALLOC_WIRED);
2083                 if (m == NULL) {
2084                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2085                         if (m == NULL)
2086                                 goto retry;
2087                 }
2088                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2089                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2090                 dump_add_page(m->phys_addr);
2091                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2092                 pc->pc_pmap = pmap;
2093                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2094                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2095                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2096                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2097                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2098                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2099         }
2100         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2101                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2102                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2103                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2104         }
2105 }
2106
2107 /*
2108  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2109  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2110  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2111  * 2MB page mappings.
2112  */
2113 static __inline pv_entry_t
2114 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2115 {
2116         pv_entry_t pv;
2117
2118         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2119                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2120                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2121                         pvh->pv_gen++;
2122                         break;
2123                 }
2124         }
2125         return (pv);
2126 }
2127
2128 /*
2129  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2130  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2131  * entries for each of the 4KB page mappings.
2132  */
2133 static void
2134 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2135     struct rwlock **lockp)
2136 {
2137         struct md_page *pvh;
2138         struct pv_chunk *pc;
2139         pv_entry_t pv;
2140         vm_offset_t va_last;
2141         vm_page_t m;
2142         int bit, field;
2143
2144         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2145         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2146             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2147         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2148
2149         /*
2150          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2151          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2152          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2153          */
2154         pvh = pa_to_pvh(pa);
2155         va = va & ~L2_OFFSET;
2156         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2157         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2158         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2159         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2160         m->md.pv_gen++;
2161         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2162         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2163         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2164         for (;;) {
2165                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2166                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2167                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2168                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2169                         while (pc->pc_map[field]) {
2170                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2171                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2172                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2173                                 va += PAGE_SIZE;
2174                                 pv->pv_va = va;
2175                                 m++;
2176                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2177                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2178                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2179                                 m->md.pv_gen++;
2180                                 if (va == va_last)
2181                                         goto out;
2182                         }
2183                 }
2184                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2185                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2186         }
2187 out:
2188         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2189                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2190                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2191         }
2192         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2193         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2194 }
2195
2196 /*
2197  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2198  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2199  * page mappings.
2200  */
2201 static void
2202 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2203 {
2204         pv_entry_t pv;
2205
2206         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2207         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2208         free_pv_entry(pmap, pv);
2209 }
2210
2211 /*
2212  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2213  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2214  */
2215 static boolean_t
2216 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2217     struct rwlock **lockp)
2218 {
2219         pv_entry_t pv;
2220
2221         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2222         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2223         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2224                 pv->pv_va = va;
2225                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2226                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2227                 m->md.pv_gen++;
2228                 return (TRUE);
2229         } else
2230                 return (FALSE);
2231 }
2232
2233 /*
2234  * pmap_remove_l2: do the things to unmap a level 2 superpage in a process
2235  */
2236 static int
2237 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2238     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2239 {
2240         struct md_page *pvh;
2241         pt_entry_t old_l2;
2242         vm_offset_t eva, va;
2243         vm_page_t m, ml3;
2244
2245         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2246         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2247         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2248         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2249         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2250                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2251         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2252         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2253                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2254                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2255                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2256                 eva = sva + L2_SIZE;
2257                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2258                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2259                         if (pmap_page_dirty(old_l2))
2260                                 vm_page_dirty(m);
2261                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2262                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2263                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2264                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2265                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2266                 }
2267         }
2268         KASSERT(pmap != kernel_pmap,
2269             ("Attempting to remove an l2 kernel page"));
2270         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2271         if (ml3 != NULL) {
2272                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2273                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
2274                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
2275                 ml3->wire_count = 0;
2276                 pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2277                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2278         }
2279         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2280 }
2281
2282 /*
2283  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2284  */
2285 static int
2286 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2287     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2288 {
2289         struct md_page *pvh;
2290         pt_entry_t old_l3;
2291         vm_page_t m;
2292
2293         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2294         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2295         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2296         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2297                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2298         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2299         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2300                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2301                 if (pmap_page_dirty(old_l3))
2302                         vm_page_dirty(m);
2303                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2304                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2305                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2306                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2307                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2308                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2309                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2310                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2311                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2312                 }
2313         }
2314         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2315 }
2316
2317 /*
2318  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2319  *
2320  *      It is assumed that the start and end are properly
2321  *      rounded to the page size.
2322  */
2323 void
2324 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2325 {
2326         struct rwlock *lock;
2327         vm_offset_t va, va_next;
2328         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2329         pt_entry_t l3_paddr, *l3;
2330         struct spglist free;
2331
2332         /*
2333          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2334          */
2335         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2336                 return;
2337
2338         SLIST_INIT(&free);
2339
2340         PMAP_LOCK(pmap);
2341
2342         lock = NULL;
2343         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2344
2345                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2346                         break;
2347
2348                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2349                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2350                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2351                         if (va_next < sva)
2352                                 va_next = eva;
2353                         continue;
2354                 }
2355
2356                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2357                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2358                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2359                         if (va_next < sva)
2360                                 va_next = eva;
2361                         continue;
2362                 }
2363
2364                 /*
2365                  * Calculate index for next page table.
2366                  */
2367                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2368                 if (va_next < sva)
2369                         va_next = eva;
2370
2371                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2372                 if (l2 == NULL)
2373                         continue;
2374
2375                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2376
2377                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2378                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2379                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2380                                     &free, &lock);
2381                                 continue;
2382                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2383                             sva &~L2_OFFSET, &lock) == NULL)
2384                                 continue;
2385                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2386                 }
2387
2388                 /*
2389                  * Weed out invalid mappings.
2390                  */
2391                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2392                         continue;
2393
2394                 /*
2395                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2396                  * by the current page table page, or to the end of the
2397                  * range being removed.
2398                  */
2399                 if (va_next > eva)
2400                         va_next = eva;
2401
2402                 va = va_next;
2403                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2404                     sva += L3_SIZE) {
2405                         if (l3 == NULL)
2406                                 panic("l3 == NULL");
2407                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2408                                 if (va != va_next) {
2409                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2410                                         va = va_next;
2411                                 }
2412                                 continue;
2413                         }
2414                         if (va == va_next)
2415                                 va = sva;
2416                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l3_paddr, &free,
2417                             &lock)) {
2418                                 sva += L3_SIZE;
2419                                 break;
2420                         }
2421                 }
2422                 if (va != va_next)
2423                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2424         }
2425         if (lock != NULL)
2426                 rw_wunlock(lock);
2427         PMAP_UNLOCK(pmap);
2428         pmap_free_zero_pages(&free);
2429 }
2430
2431 /*
2432  *      Routine:        pmap_remove_all
2433  *      Function:
2434  *              Removes this physical page from
2435  *              all physical maps in which it resides.
2436  *              Reflects back modify bits to the pager.
2437  *
2438  *      Notes:
2439  *              Original versions of this routine were very
2440  *              inefficient because they iteratively called
2441  *              pmap_remove (slow...)
2442  */
2443
2444 void
2445 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2446 {
2447         struct md_page *pvh;
2448         pv_entry_t pv;
2449         pmap_t pmap;
2450         struct rwlock *lock;
2451         pd_entry_t *pde, tpde;
2452         pt_entry_t *pte, tpte;
2453         vm_offset_t va;
2454         struct spglist free;
2455         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2456
2457         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2458             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2459         SLIST_INIT(&free);
2460         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2461         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2462             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2463 retry:
2464         rw_wlock(lock);
2465         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2466                 pmap = PV_PMAP(pv);
2467                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2468                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2469                         rw_wunlock(lock);
2470                         PMAP_LOCK(pmap);
2471                         rw_wlock(lock);
2472                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2473                                 rw_wunlock(lock);
2474                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2475                                 goto retry;
2476                         }
2477                 }
2478                 va = pv->pv_va;
2479                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2480                 KASSERT(pte != NULL,
2481                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
2482                 KASSERT(lvl == 2,
2483                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
2484
2485                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
2486                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2487         }
2488         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2489                 pmap = PV_PMAP(pv);
2490                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2491                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2492                         md_gen = m->md.pv_gen;
2493                         rw_wunlock(lock);
2494                         PMAP_LOCK(pmap);
2495                         rw_wlock(lock);
2496                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
2497                                 rw_wunlock(lock);
2498                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2499                                 goto retry;
2500                         }
2501                 }
2502                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2503
2504                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
2505                 KASSERT(pde != NULL,
2506                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
2507                 KASSERT(lvl == 2,
2508                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
2509                 tpde = pmap_load(pde);
2510
2511                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
2512                 tpte = pmap_load(pte);
2513                 pmap_load_clear(pte);
2514                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2515                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
2516                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2517                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
2518                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2519
2520                 /*
2521                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2522                  */
2523                 if (pmap_page_dirty(tpte))
2524                         vm_page_dirty(m);
2525                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
2526                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2527                 m->md.pv_gen++;
2528                 free_pv_entry(pmap, pv);
2529                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2530         }
2531         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2532         rw_wunlock(lock);
2533         pmap_free_zero_pages(&free);
2534 }
2535
2536 /*
2537  *      Set the physical protection on the
2538  *      specified range of this map as requested.
2539  */
2540 void
2541 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2542 {
2543         vm_offset_t va, va_next;
2544         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2545         pt_entry_t *l3p, l3, nbits;
2546
2547         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
2548         if (prot == VM_PROT_NONE) {
2549                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2550                 return;
2551         }
2552
2553         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2554             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2555                 return;
2556
2557         PMAP_LOCK(pmap);
2558         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2559
2560                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2561                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2562                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2563                         if (va_next < sva)
2564                                 va_next = eva;
2565                         continue;
2566                 }
2567
2568                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2569                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2570                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2571                         if (va_next < sva)
2572                                 va_next = eva;
2573                         continue;
2574                 }
2575
2576                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2577                 if (va_next < sva)
2578                         va_next = eva;
2579
2580                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2581                 if (pmap_load(l2) == 0)
2582                         continue;
2583
2584                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2585                         l3p = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
2586                         if (l3p == NULL)
2587                                 continue;
2588                 }
2589                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
2590                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
2591
2592                 if (va_next > eva)
2593                         va_next = eva;
2594
2595                 va = va_next;
2596                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
2597                     sva += L3_SIZE) {
2598                         l3 = pmap_load(l3p);
2599                         if (!pmap_l3_valid(l3))
2600                                 continue;
2601
2602                         nbits = 0;
2603                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2604                                 if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) &&
2605                                     pmap_page_dirty(l3)) {
2606                                         vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 &
2607                                             ~ATTR_MASK));
2608                                 }
2609                                 nbits |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2610                         }
2611                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2612                                 nbits |= ATTR_XN;
2613
2614                         pmap_set(l3p, nbits);
2615                         /* XXX: Use pmap_invalidate_range */
2616                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2617                 }
2618         }
2619         PMAP_UNLOCK(pmap);
2620 }
2621
2622 /*
2623  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2624  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2625  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2626  * ordered by this virtual address range.
2627  */
2628 static __inline int
2629 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2630 {
2631
2632         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2633         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2634 }
2635
2636 /*
2637  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2638  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2639  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2640  * specified virtual address.
2641  */
2642 static __inline vm_page_t
2643 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2644 {
2645
2646         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2647         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
2648 }
2649
2650 /*
2651  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
2652  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
2653  * inconsistent state.
2654  */
2655 static void
2656 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
2657     vm_offset_t va, vm_size_t size)
2658 {
2659         register_t intr;
2660
2661         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2662
2663         /*
2664          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
2665          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
2666          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
2667          */
2668         intr = intr_disable();
2669         critical_enter();
2670
2671         /* Clear the old mapping */
2672         pmap_load_clear(pte);
2673         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size);
2674
2675         /* Create the new mapping */
2676         pmap_load_store(pte, newpte);
2677
2678         critical_exit();
2679         intr_restore(intr);
2680 }
2681
2682 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2683 /*
2684  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2685  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2686  * for the 2MB page mapping.
2687  */
2688 static void
2689 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2690     struct rwlock **lockp)
2691 {
2692         struct md_page *pvh;
2693         pv_entry_t pv;
2694         vm_offset_t va_last;
2695         vm_page_t m;
2696
2697         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2698             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2699         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2700
2701         /*
2702          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2703          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2704          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2705          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2706          * mappings that is being promoted.
2707          */
2708         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2709         va = va & ~L2_OFFSET;
2710         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2711         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
2712         pvh = pa_to_pvh(pa);
2713         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2714         pvh->pv_gen++;
2715         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2716         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2717         do {
2718                 m++;
2719                 va += PAGE_SIZE;
2720                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2721         } while (va < va_last);
2722 }
2723
2724 /*
2725  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
2726  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
2727  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
2728  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
2729  * identical characteristics.
2730  */
2731 static void
2732 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2733     struct rwlock **lockp)
2734 {
2735         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
2736         vm_page_t mpte;
2737         vm_offset_t sva;
2738
2739         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2740
2741         sva = va & ~L2_OFFSET;
2742         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2743         newl2 = pmap_load(firstl3);
2744
2745         /* Check the alingment is valid */
2746         if (((newl2 & ~ATTR_MASK) & L2_OFFSET) != 0) {
2747                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2748                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
2749                     " in pmap %p", va, pmap);
2750                 return;
2751         }
2752
2753         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2754         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
2755                 oldl3 = pmap_load(l3);
2756                 if (oldl3 != pa) {
2757                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2758                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
2759                             " in pmap %p", va, pmap);
2760                         return;
2761                 }
2762                 pa -= PAGE_SIZE;
2763         }
2764
2765         /*
2766          * Save the page table page in its current state until the L2
2767          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
2768          * destroyed by pmap_remove_l3().
2769          */
2770         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2771         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2772             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2773             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
2774         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2775             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2776         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
2777                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2778                 CTR2(KTR_PMAP,
2779                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
2780                     pmap);
2781                 return;
2782         }
2783
2784         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
2785                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
2786
2787         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
2788         newl2 |= L2_BLOCK;
2789
2790         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
2791
2792         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2793         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2794                     pmap);
2795 }
2796 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2797
2798 /*
2799  *      Insert the given physical page (p) at
2800  *      the specified virtual address (v) in the
2801  *      target physical map with the protection requested.
2802  *
2803  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2804  *      that the related pte can not be reclaimed.
2805  *
2806  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2807  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2808  *      insert this page into the given map NOW.
2809  */
2810 int
2811 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2812     u_int flags, int8_t psind __unused)
2813 {
2814         struct rwlock *lock;
2815         pd_entry_t *pde;
2816         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2817         pt_entry_t *l2, *l3;
2818         pv_entry_t pv;
2819         vm_paddr_t opa, pa, l1_pa, l2_pa, l3_pa;
2820         vm_page_t mpte, om, l1_m, l2_m, l3_m;
2821         boolean_t nosleep;
2822         int lvl;
2823
2824         va = trunc_page(va);
2825         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
2826                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
2827         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2828         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
2829             L3_PAGE);
2830         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2831                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2832         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
2833                 new_l3 |= ATTR_XN;
2834         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2835                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
2836         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2837                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
2838
2839         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2840
2841         mpte = NULL;
2842
2843         lock = NULL;
2844         PMAP_LOCK(pmap);
2845
2846         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2847         if (pde != NULL && lvl == 1) {
2848                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2849                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
2850                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2851                     &lock)) != NULL) {
2852                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
2853                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2854                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
2855                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2856                                 mpte->wire_count++;
2857                         }
2858                         goto havel3;
2859                 }
2860         }
2861
2862         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2863                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2864                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2865                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2866                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2867                         if (lock != NULL)
2868                                 rw_wunlock(lock);
2869                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2870                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2871                 }
2872                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2873                 KASSERT(pde != NULL,
2874                     ("pmap_enter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
2875                 KASSERT(lvl == 2,
2876                     ("pmap_enter: Invalid level %d", lvl));
2877
2878                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2879         } else {
2880                 /*
2881                  * If we get a level 2 pde it must point to a level 3 entry
2882                  * otherwise we will need to create the intermediate tables
2883                  */
2884                 if (lvl < 2) {
2885                         switch(lvl) {
2886                         default:
2887                         case -1:
2888                                 /* Get the l0 pde to update */
2889                                 pde = pmap_l0(pmap, va);
2890                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2891
2892                                 l1_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2893                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2894                                     VM_ALLOC_ZERO);
2895                                 if (l1_m == NULL)
2896                                         panic("pmap_enter: l1 pte_m == NULL");
2897                                 if ((l1_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2898                                         pmap_zero_page(l1_m);
2899
2900                                 l1_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l1_m);
2901                                 pmap_load_store(pde, l1_pa | L0_TABLE);
2902                                 /* FALLTHROUGH */
2903                         case 0:
2904                                 /* Get the l1 pde to update */
2905                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2906                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2907
2908                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2909                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2910                                     VM_ALLOC_ZERO);
2911                                 if (l2_m == NULL)
2912                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2913                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2914                                         pmap_zero_page(l2_m);
2915
2916                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2917                                 pmap_load_store(pde, l2_pa | L1_TABLE);
2918                                 /* FALLTHROUGH */
2919                         case 1:
2920                                 /* Get the l2 pde to update */
2921                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2922
2923                                 l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2924                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2925                                     VM_ALLOC_ZERO);
2926                                 if (l3_m == NULL)
2927                                         panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2928                                 if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2929                                         pmap_zero_page(l3_m);
2930
2931                                 l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2932                                 pmap_load_store(pde, l3_pa | L2_TABLE);
2933                                 break;
2934                         }
2935                 }
2936                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2937                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2938         }
2939 havel3:
2940
2941         om = NULL;
2942         orig_l3 = pmap_load(l3);
2943         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
2944
2945         /*
2946          * Is the specified virtual address already mapped?
2947          */
2948         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
2949                 /*
2950                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2951                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2952                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2953                  * the PT page will be also.
2954                  */
2955                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2956                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
2957                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2958                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2959                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2960                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2961
2962                 /*
2963                  * Remove the extra PT page reference.
2964                  */
2965                 if (mpte != NULL) {
2966                         mpte->wire_count--;
2967                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
2968                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2969                              " va: 0x%lx", va));
2970                 }
2971
2972                 /*
2973                  * Has the physical page changed?
2974                  */
2975                 if (opa == pa) {
2976                         /*
2977                          * No, might be a protection or wiring change.
2978                          */
2979                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2980                                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
2981                                 if ((new_l3 & ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ==
2982                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
2983                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2984                                 }
2985                         }
2986                         goto validate;
2987                 }
2988         } else {
2989                 /*
2990                  * Increment the counters.
2991                  */
2992                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2993                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2994                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2995         }
2996         /*
2997          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2998          */
2999         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3000                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3001                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3002                 pv->pv_va = va;
3003                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3004                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3005                 m->md.pv_gen++;
3006                 if ((new_l3 & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
3007                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3008         }
3009
3010         /*
3011          * Update the L3 entry.
3012          */
3013         if (orig_l3 != 0) {
3014 validate:
3015                 orig_l3 = pmap_load(l3);
3016                 opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3017
3018                 if (opa != pa) {
3019                         pmap_update_entry(pmap, l3, new_l3, va, PAGE_SIZE);
3020                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3021                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3022                                 if (pmap_page_dirty(orig_l3))
3023                                         vm_page_dirty(om);
3024                                 if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0)
3025                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3026                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3027                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3028                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3029                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3030                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3031                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3032                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3033                         }
3034                 } else {
3035                         pmap_load_store(l3, new_l3);
3036                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3037                         if (pmap_page_dirty(orig_l3) &&
3038                             (orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3039                                 vm_page_dirty(m);
3040                 }
3041         } else {
3042                 pmap_load_store(l3, new_l3);
3043         }
3044
3045         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3046
3047         if (pmap != pmap_kernel()) {
3048                 if (pmap == &curproc->p_vmspace->vm_pmap &&
3049                     (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3050                         cpu_icache_sync_range(va, PAGE_SIZE);
3051
3052 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3053                 if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NL3PG) &&
3054                     pmap_superpages_enabled() &&
3055                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3056                     vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3057                         pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3058                 }
3059 #endif
3060         }
3061
3062         if (lock != NULL)
3063                 rw_wunlock(lock);
3064         PMAP_UNLOCK(pmap);
3065         return (KERN_SUCCESS);
3066 }
3067
3068 /*
3069  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3070  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3071  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3072  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3073  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3074  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3075  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3076  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3077  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3078  * corresponding offset from m_start are mapped.
3079  */
3080 void
3081 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3082     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3083 {
3084         struct rwlock *lock;
3085         vm_offset_t va;
3086         vm_page_t m, mpte;
3087         vm_pindex_t diff, psize;
3088
3089         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3090
3091         psize = atop(end - start);
3092         mpte = NULL;
3093         m = m_start;
3094         lock = NULL;
3095         PMAP_LOCK(pmap);
3096         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3097                 va = start + ptoa(diff);
3098                 mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte, &lock);
3099                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3100         }
3101         if (lock != NULL)
3102                 rw_wunlock(lock);
3103         PMAP_UNLOCK(pmap);
3104 }
3105
3106 /*
3107  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3108  * 1. Current pmap & pmap exists.
3109  * 2. Not wired.
3110  * 3. Read access.
3111  * 4. No page table pages.
3112  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3113  */
3114
3115 void
3116 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3117 {
3118         struct rwlock *lock;
3119
3120         lock = NULL;
3121         PMAP_LOCK(pmap);
3122         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3123         if (lock != NULL)
3124                 rw_wunlock(lock);
3125         PMAP_UNLOCK(pmap);
3126 }
3127
3128 static vm_page_t
3129 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3130     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3131 {
3132         struct spglist free;
3133         pd_entry_t *pde;
3134         pt_entry_t *l2, *l3;
3135         vm_paddr_t pa;
3136         int lvl;
3137
3138         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3139             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3140             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3141         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3142
3143         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3144         /*
3145          * In the case that a page table page is not
3146          * resident, we are creating it here.
3147          */
3148         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3149                 vm_pindex_t l2pindex;
3150
3151                 /*
3152                  * Calculate pagetable page index
3153                  */
3154                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3155                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3156                         mpte->wire_count++;
3157                 } else {
3158                         /*
3159                          * Get the l2 entry
3160                          */
3161                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3162
3163                         /*
3164                          * If the page table page is mapped, we just increment
3165                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3166                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3167                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3168                          */
3169                         if (lvl == 1) {
3170                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3171                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3172                                     L2_BLOCK)
3173                                         return (NULL);
3174                         }
3175                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3176                                 mpte =
3177                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3178                                 mpte->wire_count++;
3179                         } else {
3180                                 /*
3181                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3182                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3183                                  */
3184                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3185                                 if (mpte == NULL)
3186                                         return (mpte);
3187                         }
3188                 }
3189                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3190                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3191         } else {
3192                 mpte = NULL;
3193                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3194                 KASSERT(pde != NULL,
3195                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3196                      va));
3197                 KASSERT(lvl == 2,
3198                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3199                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3200         }
3201
3202         if (pmap_load(l3) != 0) {
3203                 if (mpte != NULL) {
3204                         mpte->wire_count--;
3205                         mpte = NULL;
3206                 }
3207                 return (mpte);
3208         }
3209
3210         /*
3211          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3212          */
3213         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3214             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3215                 if (mpte != NULL) {
3216                         SLIST_INIT(&free);
3217                         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
3218                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3219                                 pmap_free_zero_pages(&free);
3220                         }
3221                         mpte = NULL;
3222                 }
3223                 return (mpte);
3224         }
3225
3226         /*
3227          * Increment counters
3228          */
3229         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3230
3231         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3232             ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L3_PAGE;
3233         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3234                 pa |= ATTR_XN;
3235         else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3236                 pa |= ATTR_PXN;
3237
3238         /*
3239          * Now validate mapping with RO protection
3240          */
3241         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3242                 pa |= ATTR_SW_MANAGED;
3243         pmap_load_store(l3, pa);
3244         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3245         return (mpte);
3246 }
3247
3248 /*
3249  * This code maps large physical mmap regions into the
3250  * processor address space.  Note that some shortcuts
3251  * are taken, but the code works.
3252  */
3253 void
3254 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3255     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3256 {
3257
3258         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3259         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3260             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3261 }
3262
3263 /*
3264  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3265  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3266  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3267  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3268  *
3269  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3270  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3271  */
3272 void
3273 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3274 {
3275         vm_offset_t va_next;
3276         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3277         pt_entry_t *l3;
3278
3279         PMAP_LOCK(pmap);
3280         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3281                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3282                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3283                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3284                         if (va_next < sva)
3285                                 va_next = eva;
3286                         continue;
3287                 }
3288
3289                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3290                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3291                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3292                         if (va_next < sva)
3293                                 va_next = eva;
3294                         continue;
3295                 }
3296
3297                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3298                 if (va_next < sva)
3299                         va_next = eva;
3300
3301                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3302                 if (pmap_load(l2) == 0)
3303                         continue;
3304
3305                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3306                         l3 = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
3307                         if (l3 == NULL)
3308                                 continue;
3309                 }
3310                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3311                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
3312
3313                 if (va_next > eva)
3314                         va_next = eva;
3315                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3316                     sva += L3_SIZE) {
3317                         if (pmap_load(l3) == 0)
3318                                 continue;
3319                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3320                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3321                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
3322
3323                         /*
3324                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3325                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3326                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3327                          */
3328                         atomic_clear_long(l3, ATTR_SW_WIRED);
3329                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3330                 }
3331         }
3332         PMAP_UNLOCK(pmap);
3333 }
3334
3335 /*
3336  *      Copy the range specified by src_addr/len
3337  *      from the source map to the range dst_addr/len
3338  *      in the destination map.
3339  *
3340  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3341  */
3342
3343 void
3344 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3345     vm_offset_t src_addr)
3346 {
3347 }
3348
3349 /*
3350  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3351  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3352  */
3353 void
3354 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3355 {
3356         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3357
3358         pagezero((void *)va);
3359 }
3360
3361 /*
3362  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
3363  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3364  *
3365  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3366  */
3367 void
3368 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3369 {
3370         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3371
3372         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3373                 pagezero((void *)va);
3374         else
3375                 bzero((char *)va + off, size);
3376 }
3377
3378 /*
3379  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3380  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3381  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3382  *      time.
3383  */
3384 void
3385 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3386 {
3387         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3388         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3389
3390         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3391 }
3392
3393 int unmapped_buf_allowed = 1;
3394
3395 void
3396 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3397     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3398 {
3399         void *a_cp, *b_cp;
3400         vm_page_t m_a, m_b;
3401         vm_paddr_t p_a, p_b;
3402         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3403         int cnt;
3404
3405         while (xfersize > 0) {
3406                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3407                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3408                 p_a = m_a->phys_addr;
3409                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3410                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3411                 p_b = m_b->phys_addr;
3412                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3413                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3414                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3415                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3416                 } else {
3417                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3418                 }
3419                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3420                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3421                 } else {
3422                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3423                 }
3424                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3425                 a_offset += cnt;
3426                 b_offset += cnt;
3427                 xfersize -= cnt;
3428         }
3429 }
3430
3431 vm_offset_t
3432 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3433 {
3434
3435         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3436 }
3437
3438 void
3439 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3440 {
3441 }
3442
3443 /*
3444  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3445  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3446  * be changed upwards or downwards in the future; it
3447  * is only necessary that true be returned for a small
3448  * subset of pmaps for proper page aging.
3449  */
3450 boolean_t
3451 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3452 {
3453         struct md_page *pvh;
3454         struct rwlock *lock;
3455         pv_entry_t pv;
3456         int loops = 0;
3457         boolean_t rv;
3458
3459         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3460             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3461         rv = FALSE;
3462         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3463         rw_rlock(lock);
3464         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3465                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3466                         rv = TRUE;
3467                         break;
3468                 }
3469                 loops++;
3470                 if (loops >= 16)
3471                         break;
3472         }
3473         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3474                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3475                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3476                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3477                                 rv = TRUE;
3478                                 break;
3479                         }
3480                         loops++;
3481                         if (loops >= 16)
3482                                 break;
3483                 }
3484         }
3485         rw_runlock(lock);
3486         return (rv);
3487 }
3488
3489 /*
3490  *      pmap_page_wired_mappings:
3491  *
3492  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3493  *      that are wired.
3494  */
3495 int
3496 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3497 {
3498         struct rwlock *lock;
3499         struct md_page *pvh;
3500         pmap_t pmap;
3501         pt_entry_t *pte;
3502         pv_entry_t pv;
3503         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
3504
3505         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3506                 return (0);
3507         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3508         rw_rlock(lock);
3509 restart:
3510         count = 0;
3511         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3512                 pmap = PV_PMAP(pv);
3513                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3514                         md_gen = m->md.pv_gen;
3515                         rw_runlock(lock);
3516                         PMAP_LOCK(pmap);
3517                         rw_rlock(lock);
3518                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3519                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3520                                 goto restart;
3521                         }
3522                 }
3523                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3524                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3525                         count++;
3526                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3527         }
3528         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3529                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3530                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3531                         pmap = PV_PMAP(pv);
3532                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3533                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3534                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3535                                 rw_runlock(lock);
3536                                 PMAP_LOCK(pmap);
3537                                 rw_rlock(lock);
3538                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3539                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3540                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3541                                         goto restart;
3542                                 }
3543                         }
3544                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3545                         if (pte != NULL &&
3546                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3547                                 count++;
3548                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3549                 }
3550         }
3551         rw_runlock(lock);
3552         return (count);
3553 }
3554
3555 /*
3556  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3557  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3558  * caller.
3559  *
3560  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3561  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3562  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3563  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3564  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3565  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3566  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3567  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3568  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3569  * this function starts.
3570  */
3571 void
3572 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3573 {
3574         pd_entry_t *pde;
3575         pt_entry_t *pte, tpte;
3576         struct spglist free;
3577         vm_page_t m, ml3, mt;
3578         pv_entry_t pv;
3579         struct md_page *pvh;
3580         struct pv_chunk *pc, *npc;
3581         struct rwlock *lock;
3582         int64_t bit;
3583         uint64_t inuse, bitmask;
3584         int allfree, field, freed, idx, lvl;
3585         vm_paddr_t pa;
3586
3587         lock = NULL;
3588
3589         SLIST_INIT(&free);
3590         PMAP_LOCK(pmap);
3591         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3592                 allfree = 1;
3593                 freed = 0;
3594                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3595                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3596                         while (inuse != 0) {
3597                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3598                                 bitmask = 1UL << bit;
3599                                 idx = field * 64 + bit;
3600                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3601                                 inuse &= ~bitmask;
3602
3603                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3604                                 KASSERT(pde != NULL,
3605                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
3606
3607                                 switch(lvl) {
3608                                 case 1:
3609                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
3610                                         tpte = pmap_load(pte); 
3611                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3612                                             L2_BLOCK,
3613                                             ("Attempting to remove an invalid "
3614                                             "block: %lx", tpte));
3615                                         tpte = pmap_load(pte);
3616                                         break;
3617                                 case 2:
3618                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3619                                         tpte = pmap_load(pte);
3620                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3621                                             L3_PAGE,
3622                                             ("Attempting to remove an invalid "
3623                                              "page: %lx", tpte));
3624                                         break;
3625                                 default:
3626                                         panic(
3627                                             "Invalid page directory level: %d",
3628                                             lvl);
3629                                 }
3630
3631 /*
3632  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3633  */
3634                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
3635                                         allfree = 0;
3636                                         continue;
3637                                 }
3638
3639                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
3640
3641                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3642                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
3643                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
3644                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
3645                                     (uintmax_t)tpte));
3646
3647                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3648                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3649                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3650                                     (uintmax_t)tpte));
3651
3652                                 pmap_load_clear(pte);
3653
3654                                 /*
3655                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3656                                  */
3657                                 if ((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) ==
3658                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3659                                         switch (lvl) {
3660                                         case 1:
3661                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3662                                                         vm_page_dirty(m);
3663                                                 break;
3664                                         case 2:
3665                                                 vm_page_dirty(m);
3666                                                 break;
3667                                         }
3668                                 }
3669
3670                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3671
3672                                 /* Mark free */
3673                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3674                                 switch (lvl) {
3675                                 case 1:
3676                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
3677                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3678                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
3679                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
3680                                         pvh->pv_gen++;
3681                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3682                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3683                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3684                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
3685                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3686                                         }
3687                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
3688                                             pv->pv_va);
3689                                         if (ml3 != NULL) {
3690                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
3691                                                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
3692                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
3693                                                 ml3->wire_count = 0;
3694                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
3695                                                     &free, FALSE);
3696                                                 atomic_subtract_int(
3697                                                     &vm_cnt.v_wire_count, 1);
3698                                         }
3699                                         break;
3700                                 case 2:
3701                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3702                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
3703                                             pv_next);
3704                                         m->md.pv_gen++;
3705                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3706                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3707                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3708                                                 pvh = pa_to_pvh(
3709                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3710                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3711                                                         vm_page_aflag_clear(m,
3712                                                             PGA_WRITEABLE);
3713                                         }
3714                                         break;
3715                                 }
3716                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
3717                                     &free);
3718                                 freed++;
3719                         }
3720                 }
3721                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3722                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3723                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3724                 if (allfree) {
3725                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3726                         free_pv_chunk(pc);
3727                 }
3728         }
3729         pmap_invalidate_all(pmap);
3730         if (lock != NULL)
3731                 rw_wunlock(lock);
3732         PMAP_UNLOCK(pmap);
3733         pmap_free_zero_pages(&free);
3734 }
3735
3736 /*
3737  * This is used to check if a page has been accessed or modified. As we
3738  * don't have a bit to see if it has been modified we have to assume it
3739  * has been if the page is read/write.
3740  */
3741 static boolean_t
3742 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3743 {
3744         struct rwlock *lock;
3745         pv_entry_t pv;
3746         struct md_page *pvh;
3747         pt_entry_t *pte, mask, value;
3748         pmap_t pmap;
3749         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3750         boolean_t rv;
3751
3752         rv = FALSE;
3753         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3754         rw_rlock(lock);
3755 restart:
3756         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3757                 pmap = PV_PMAP(pv);
3758                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3759                         md_gen = m->md.pv_gen;
3760                         rw_runlock(lock);
3761                         PMAP_LOCK(pmap);
3762                         rw_rlock(lock);
3763                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3764                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3765                                 goto restart;
3766                         }
3767                 }
3768                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3769                 KASSERT(lvl == 3,
3770                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3771                 mask = 0;
3772                 value = 0;
3773                 if (modified) {
3774                         mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3775                         value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3776                 }
3777                 if (accessed) {
3778                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3779                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
3780                 }
3781                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3782                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3783                 if (rv)
3784                         goto out;
3785         }
3786         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3787                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3788                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3789                         pmap = PV_PMAP(pv);
3790                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3791                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3792                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3793                                 rw_runlock(lock);
3794                                 PMAP_LOCK(pmap);
3795                                 rw_rlock(lock);
3796                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3797                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3798                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3799                                         goto restart;
3800                                 }
3801                         }
3802                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3803                         KASSERT(lvl == 2,
3804                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3805                         mask = 0;
3806                         value = 0;
3807                         if (modified) {
3808                                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3809                                 value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3810                         }
3811                         if (accessed) {
3812                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3813                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
3814                         }
3815                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3816                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3817                         if (rv)
3818                                 goto out;
3819                 }
3820         }
3821 out:
3822         rw_runlock(lock);
3823         return (rv);
3824 }
3825
3826 /*
3827  *      pmap_is_modified:
3828  *
3829  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3830  *      in any physical maps.
3831  */
3832 boolean_t
3833 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3834 {
3835
3836         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3837             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3838
3839         /*
3840          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3841          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
3842          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
3843          */
3844         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3845         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3846                 return (FALSE);
3847         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3848 }
3849
3850 /*
3851  *      pmap_is_prefaultable:
3852  *
3853  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3854  *      for prefault.
3855  */
3856 boolean_t
3857 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3858 {
3859         pt_entry_t *pte;
3860         boolean_t rv;
3861         int lvl;
3862
3863         rv = FALSE;
3864         PMAP_LOCK(pmap);
3865         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
3866         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
3867                 rv = TRUE;
3868         }
3869         PMAP_UNLOCK(pmap);
3870         return (rv);
3871 }
3872
3873 /*
3874  *      pmap_is_referenced:
3875  *
3876  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3877  *      in any physical maps.
3878  */
3879 boolean_t
3880 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3881 {
3882
3883         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3884             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3885         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3886 }
3887
3888 /*
3889  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3890  */
3891 void
3892 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3893 {
3894         struct md_page *pvh;
3895         pmap_t pmap;
3896         struct rwlock *lock;
3897         pv_entry_t next_pv, pv;
3898         pt_entry_t oldpte, *pte;
3899         vm_offset_t va;
3900         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3901
3902         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3903             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3904
3905         /*
3906          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3907          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
3908          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
3909          */
3910         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3911         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3912                 return;
3913         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3914         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3915             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3916 retry_pv_loop:
3917         rw_wlock(lock);
3918         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3919                 pmap = PV_PMAP(pv);
3920                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3921                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3922                         rw_wunlock(lock);
3923                         PMAP_LOCK(pmap);
3924                         rw_wlock(lock);
3925                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3926                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3927                                 rw_wunlock(lock);
3928                                 goto retry_pv_loop;
3929                         }
3930                 }
3931                 va = pv->pv_va;
3932                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3933                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
3934                         pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va & ~L2_OFFSET,
3935                             &lock);
3936                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3937                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3938                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3939                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3940         }
3941         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3942                 pmap = PV_PMAP(pv);
3943                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3944                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3945                         md_gen = m->md.pv_gen;
3946                         rw_wunlock(lock);
3947                         PMAP_LOCK(pmap);
3948                         rw_wlock(lock);
3949                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
3950                             md_gen != m->md.pv_gen) {
3951                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3952                                 rw_wunlock(lock);
3953                                 goto retry_pv_loop;
3954                         }
3955                 }
3956                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3957 retry:
3958                 oldpte = pmap_load(pte);
3959                 if ((oldpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3960                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte,
3961                             oldpte | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
3962                                 goto retry;
3963                         if ((oldpte & ATTR_AF) != 0)
3964                                 vm_page_dirty(m);
3965                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3966                 }
3967                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3968         }
3969         rw_wunlock(lock);
3970         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3971 }
3972
3973 static __inline boolean_t
3974 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
3975 {
3976
3977         return (FALSE);
3978 }
3979
3980 /*
3981  *      pmap_ts_referenced:
3982  *
3983  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3984  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3985  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3986  *      reference bits set.
3987  *
3988  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3989  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3990  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3991  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3992  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3993  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3994  *      to pmap_is_modified().
3995  */
3996 int
3997 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3998 {
3999         struct md_page *pvh;
4000         pv_entry_t pv, pvf;
4001         pmap_t pmap;
4002         struct rwlock *lock;
4003         pd_entry_t *pde, tpde;
4004         pt_entry_t *pte, tpte;
4005         pt_entry_t *l3;
4006         vm_offset_t va;
4007         vm_paddr_t pa;
4008         int cleared, md_gen, not_cleared, lvl, pvh_gen;
4009         struct spglist free;
4010         bool demoted;
4011
4012         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4013             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4014         SLIST_INIT(&free);
4015         cleared = 0;
4016         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4017         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4018         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4019         rw_wlock(lock);
4020 retry:
4021         not_cleared = 0;
4022         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4023                 goto small_mappings;
4024         pv = pvf;
4025         do {
4026                 if (pvf == NULL)
4027                         pvf = pv;
4028                 pmap = PV_PMAP(pv);
4029                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4030                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4031                         rw_wunlock(lock);
4032                         PMAP_LOCK(pmap);
4033                         rw_wlock(lock);
4034                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4035                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4036                                 goto retry;
4037                         }
4038                 }
4039                 va = pv->pv_va;
4040                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4041                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4042                 KASSERT(lvl == 1,
4043                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4044                 tpde = pmap_load(pde);
4045                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4046                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4047                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4048                 tpte = pmap_load(pte);
4049                 if (pmap_page_dirty(tpte)) {
4050                         /*
4051                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4052                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4053                          * we only update the 4KB page under test.
4054                          */
4055                         vm_page_dirty(m);
4056                 }
4057                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4058                         /*
4059                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
4060                          * pages, it should not be cleared every time it is
4061                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
4062                          * physical page number, the virtual superpage number,
4063                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
4064                          * the 512 on which testing the reference bit will
4065                          * result in clearing that reference bit.  This
4066                          * function is designed to avoid the selection of the
4067                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
4068                          *
4069                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4070                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4071                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4072                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4073                          * since the superpage is wired, the current state of
4074                          * its reference bit won't affect page replacement.
4075                          */
4076                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4077                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4078                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4079                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4080                                         /*
4081                                          * TODO: We don't handle the access
4082                                          * flag at all. We need to be able
4083                                          * to set it in  the exception handler.
4084                                          */
4085                                         panic("ARM64TODO: "
4086                                             "safe_to_clear_referenced\n");
4087                                 } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, pte,
4088                                     pv->pv_va, &lock) != NULL) {
4089                                         demoted = true;
4090                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) -
4091                                             (tpte & ~ATTR_MASK);
4092                                         l3 = pmap_l2_to_l3(pte, va);
4093                                         pmap_remove_l3(pmap, l3, va,
4094                                             pmap_load(pte), NULL, &lock);
4095                                 } else
4096                                         demoted = true;
4097
4098                                 if (demoted) {
4099                                         /*
4100                                          * The superpage mapping was removed
4101                                          * entirely and therefore 'pv' is no
4102                                          * longer valid.
4103                                          */
4104                                         if (pvf == pv)
4105                                                 pvf = NULL;
4106                                         pv = NULL;
4107                                 }
4108                                 cleared++;
4109                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4110                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4111                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4112                         } else
4113                                 not_cleared++;
4114                 }
4115                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4116                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4117                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4118                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4119                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4120                         pvh->pv_gen++;
4121                 }
4122                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4123                         goto out;
4124         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4125 small_mappings:
4126         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4127                 goto out;
4128         pv = pvf;
4129         do {
4130                 if (pvf == NULL)
4131                         pvf = pv;
4132                 pmap = PV_PMAP(pv);
4133                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4134                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4135                         md_gen = m->md.pv_gen;
4136                         rw_wunlock(lock);
4137                         PMAP_LOCK(pmap);
4138                         rw_wlock(lock);
4139                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4140                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4141                                 goto retry;
4142                         }
4143                 }
4144                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4145                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4146                 KASSERT(lvl == 2,
4147                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4148                 tpde = pmap_load(pde);
4149                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4150                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4151                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4152                 tpte = pmap_load(pte);
4153                 if (pmap_page_dirty(tpte))
4154                         vm_page_dirty(m);
4155                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4156                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4157                                 /*
4158                                  * TODO: We don't handle the access flag
4159                                  * at all. We need to be able to set it in
4160                                  * the exception handler.
4161                                  */
4162                                 panic("ARM64TODO: safe_to_clear_referenced\n");
4163                         } else if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4164                                 /*
4165                                  * Wired pages cannot be paged out so
4166                                  * doing accessed bit emulation for
4167                                  * them is wasted effort. We do the
4168                                  * hard work for unwired pages only.
4169                                  */
4170                                 pmap_remove_l3(pmap, pte, pv->pv_va, tpde,
4171                                     &free, &lock);
4172                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4173                                 cleared++;
4174                                 if (pvf == pv)
4175                                         pvf = NULL;
4176                                 pv = NULL;
4177                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4178                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4179                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4180                         } else
4181                                 not_cleared++;
4182                 }
4183                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4184                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4185                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4186                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4187                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4188                         m->md.pv_gen++;
4189                 }
4190         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4191             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4192 out:
4193         rw_wunlock(lock);
4194         pmap_free_zero_pages(&free);
4195         return (cleared + not_cleared);
4196 }
4197
4198 /*
4199  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4200  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4201  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4202  */
4203 void
4204 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4205 {
4206 }
4207
4208 /*
4209  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4210  */
4211 void
4212 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4213 {
4214
4215         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4216             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4217         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4218         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
4219             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
4220
4221         /*
4222          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4223          * If the object containing the page is locked and the page is not
4224          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4225          */
4226         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4227                 return;
4228
4229         /* ARM64TODO: We lack support for tracking if a page is modified */
4230 }
4231
4232 void *
4233 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4234 {
4235
4236         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4237 }
4238
4239 void
4240 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4241 {
4242 }
4243
4244 /*
4245  * Sets the memory attribute for the specified page.
4246  */
4247 void
4248 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4249 {
4250
4251         m->md.pv_memattr = ma;
4252
4253         /*
4254          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4255          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4256          * required for data coherence.
4257          */
4258         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4259             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4260             m->md.pv_memattr) != 0)
4261                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4262 }
4263
4264 /*
4265  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4266  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4267  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4268  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4269  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4270  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4271  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4272  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4273  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4274  * same physical page have different memory types.
4275  *
4276  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4277  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4278  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4279  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4280  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4281  * virtual address range or the direct map.
4282  */
4283 static int
4284 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4285 {
4286         int error;
4287
4288         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4289         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4290         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4291         return (error);
4292 }
4293
4294 static int
4295 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4296 {
4297         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4298         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
4299         int lvl;
4300
4301         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4302         base = trunc_page(va);
4303         offset = va & PAGE_MASK;
4304         size = round_page(offset + size);
4305
4306         if (!VIRT_IN_DMAP(base))
4307                 return (EINVAL);
4308
4309         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4310                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
4311                 if (pte == NULL)
4312                         return (EINVAL);
4313
4314                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_IDX_MASK) == ATTR_IDX(mode)) {
4315                         /*
4316                          * We already have the correct attribute,
4317                          * ignore this entry.
4318                          */
4319                         switch (lvl) {
4320                         default:
4321                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4322                         case 1:
4323                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
4324                                 break;
4325                         case 2:
4326                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
4327                                 break;
4328                         case 3:
4329                                 tmpva += PAGE_SIZE;
4330                                 break;
4331                         }
4332                 } else {
4333                         /*
4334                          * Split the entry to an level 3 table, then
4335                          * set the new attribute.
4336                          */
4337                         switch (lvl) {
4338                         default:
4339                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4340                         case 1:
4341                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
4342                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
4343                                 if (newpte == NULL)
4344                                         return (EINVAL);
4345                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
4346                         case 2:
4347                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
4348                                     tmpva & ~L2_OFFSET);
4349                                 if (newpte == NULL)
4350                                         return (EINVAL);
4351                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
4352                         case 3:
4353                                 /* Update the entry */
4354                                 l3 = pmap_load(pte);
4355                                 l3 &= ~ATTR_IDX_MASK;
4356                                 l3 |= ATTR_IDX(mode);
4357                                 if (mode == DEVICE_MEMORY)
4358                                         l3 |= ATTR_XN;
4359
4360                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
4361                                     PAGE_SIZE);
4362
4363                                 /*
4364                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
4365                                  * the cache.
4366                                  */
4367                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
4368                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
4369
4370                                 break;
4371                         }
4372                         tmpva += PAGE_SIZE;
4373                 }
4374         }
4375
4376         return (0);
4377 }
4378
4379 /*
4380  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
4381  */
4382 static pt_entry_t *
4383 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
4384 {
4385         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
4386         vm_offset_t tmpl1;
4387         vm_paddr_t l2phys, phys;
4388         vm_page_t ml2;
4389         int i;
4390
4391         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4392         oldl1 = pmap_load(l1);
4393         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
4394             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
4395         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
4396             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
4397         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
4398             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
4399
4400         tmpl1 = 0;
4401         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
4402                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4403                 if (tmpl1 == 0)
4404                         return (NULL);
4405         }
4406
4407         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4408             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4409                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
4410                     " in pmap %p", va, pmap);
4411                 return (NULL);
4412         }
4413
4414         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
4415         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
4416
4417         /* Address the range points at */
4418         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
4419         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
4420         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
4421
4422         /* Create the new entries */
4423         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4424                 l2[i] = newl2 | phys;
4425                 phys += L2_SIZE;
4426         }
4427         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
4428             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
4429             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
4430
4431         if (tmpl1 != 0) {
4432                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
4433                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4434                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
4435         }
4436
4437         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4438
4439         if (tmpl1 != 0) {
4440                 pmap_kremove(tmpl1);
4441                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
4442         }
4443
4444         return (l2);
4445 }
4446
4447 /*
4448  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
4449  */
4450 static pt_entry_t *
4451 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
4452     struct rwlock **lockp)
4453 {
4454         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
4455         vm_offset_t tmpl2;
4456         vm_paddr_t l3phys, phys;
4457         vm_page_t ml3;
4458         int i;
4459
4460         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4461         l3 = NULL;
4462         oldl2 = pmap_load(l2);
4463         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
4464             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
4465         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
4466             ("pmap_demote_l2: Invalid virtual address %#lx", va));
4467
4468         tmpl2 = 0;
4469         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
4470                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4471                 if (tmpl2 == 0)
4472                         return (NULL);
4473         }
4474
4475         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
4476                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
4477                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4478                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4479                 if (ml3 == NULL) {
4480                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
4481                             " in pmap %p", va, pmap);
4482                         goto fail;
4483                 }
4484                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4485                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4486         }
4487
4488         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
4489         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
4490
4491         /* Address the range points at */
4492         phys = oldl2 & ~ATTR_MASK;
4493         /* The attributed from the old l2 table to be copied */
4494         newl3 = (oldl2 & (ATTR_MASK & ~ATTR_DESCR_MASK)) | L3_PAGE;
4495
4496         /*
4497          * If the page table page is new, initialize it.
4498          */
4499         if (ml3->wire_count == 1) {
4500                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4501                         l3[i] = newl3 | phys;
4502                         phys += L3_SIZE;
4503                 }
4504         }
4505         KASSERT(l3[0] == ((oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE),
4506             ("Invalid l3 page (%lx != %lx)", l3[0],
4507             (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE));
4508
4509         /*
4510          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
4511          */
4512         if (tmpl2 != 0) {
4513                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
4514                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4515                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
4516         }
4517
4518         /*
4519          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4520          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4521          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
4522          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4523          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
4524          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4525          */
4526         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4527                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
4528
4529         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4530
4531         /*
4532          * Demote the PV entry.
4533          */
4534         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4535                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4536
4537         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
4538         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
4539             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
4540
4541 fail:
4542         if (tmpl2 != 0) {
4543                 pmap_kremove(tmpl2);
4544                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
4545         }
4546
4547         return (l3);
4548
4549 }
4550
4551 static pt_entry_t *
4552 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
4553 {
4554         struct rwlock *lock;
4555         pt_entry_t *l3;
4556
4557         lock = NULL;
4558         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
4559         if (lock != NULL)
4560                 rw_wunlock(lock);
4561         return (l3);
4562 }
4563
4564 /*
4565  * perform the pmap work for mincore
4566  */
4567 int
4568 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
4569 {
4570         pd_entry_t *l1p, l1;
4571         pd_entry_t *l2p, l2;
4572         pt_entry_t *l3p, l3;
4573         vm_paddr_t pa;
4574         bool managed;
4575         int val;
4576
4577         PMAP_LOCK(pmap);
4578 retry:
4579         pa = 0;
4580         val = 0;
4581         managed = false;
4582
4583         l1p = pmap_l1(pmap, addr);
4584         if (l1p == NULL) /* No l1 */
4585                 goto done;
4586
4587         l1 = pmap_load(l1p);
4588         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_INVAL)
4589                 goto done;
4590
4591         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4592                 pa = (l1 & ~ATTR_MASK) | (addr & L1_OFFSET);
4593                 managed = (l1 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4594                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4595                 if (pmap_page_dirty(l1))
4596                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4597                 if ((l1 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4598                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4599                 goto done;
4600         }
4601
4602         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, addr);
4603         if (l2p == NULL) /* No l2 */
4604                 goto done;
4605
4606         l2 = pmap_load(l2p);
4607         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_INVAL)
4608                 goto done;
4609
4610         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4611                 pa = (l2 & ~ATTR_MASK) | (addr & L2_OFFSET);
4612                 managed = (l2 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4613                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4614                 if (pmap_page_dirty(l2))
4615                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4616                 if ((l2 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4617                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4618                 goto done;
4619         }
4620
4621         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, addr);
4622         if (l3p == NULL) /* No l3 */
4623                 goto done;
4624
4625         l3 = pmap_load(l2p);
4626         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_INVAL)
4627                 goto done;
4628
4629         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) {
4630                 pa = (l3 & ~ATTR_MASK) | (addr & L3_OFFSET);
4631                 managed = (l3 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4632                 val = MINCORE_INCORE;
4633                 if (pmap_page_dirty(l3))
4634                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4635                 if ((l3 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4636                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4637         }
4638
4639 done:
4640         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4641             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4642                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
4643                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
4644                         goto retry;
4645         } else
4646                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
4647         PMAP_UNLOCK(pmap);
4648
4649         return (val);
4650 }
4651
4652 void
4653 pmap_activate(struct thread *td)
4654 {
4655         pmap_t  pmap;
4656
4657         critical_enter();
4658         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4659         td->td_proc->p_md.md_l0addr = vtophys(pmap->pm_l0);
4660         __asm __volatile("msr ttbr0_el1, %0" : :
4661             "r"(td->td_proc->p_md.md_l0addr));
4662         pmap_invalidate_all(pmap);
4663         critical_exit();
4664 }
4665
4666 void
4667 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4668 {
4669
4670         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4671                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
4672         } else {
4673                 u_int len, offset;
4674                 vm_paddr_t pa;
4675
4676                 /* Find the length of data in this page to flush */
4677                 offset = va & PAGE_MASK;
4678                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
4679
4680                 while (sz != 0) {
4681                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
4682                         pa = pmap_extract(pmap, va);
4683                         if (pa != 0)
4684                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
4685
4686                         /* Move to the next page */
4687                         sz -= len;
4688                         va += len;
4689                         /* Set the length for the next iteration */
4690                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
4691                 }
4692         }
4693 }
4694
4695 int
4696 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
4697 {
4698 #ifdef SMP
4699         uint64_t par;
4700 #endif
4701
4702         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
4703         case EXCP_DATA_ABORT_L:
4704         case EXCP_DATA_ABORT:
4705                 break;
4706         default:
4707                 return (KERN_FAILURE);
4708         }
4709
4710 #ifdef SMP
4711         PMAP_LOCK(pmap);
4712         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
4713         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
4714         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
4715         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
4716         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
4717                 /* Ask the MMU to check the address */
4718                 if (pmap == kernel_pmap)
4719                         par = arm64_address_translate_s1e1r(far);
4720                 else
4721                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
4722
4723                 /*
4724                  * If the translation was successful the address was invalid
4725                  * due to a break-before-make sequence. We can unlock and
4726                  * return success to the trap handler.
4727                  */
4728                 if (PAR_SUCCESS(par)) {
4729                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4730                         return (KERN_SUCCESS);
4731                 }
4732                 break;
4733         default:
4734                 break;
4735         }
4736         PMAP_UNLOCK(pmap);
4737 #endif
4738
4739         return (KERN_FAILURE);
4740 }
4741
4742 /*
4743  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4744  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4745  */
4746 void
4747 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4748     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4749 {
4750         vm_offset_t superpage_offset;
4751
4752         if (size < L2_SIZE)
4753                 return;
4754         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4755                 offset += ptoa(object->pg_color);
4756         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4757         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4758             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4759                 return;
4760         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4761                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4762         else
4763                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4764 }
4765
4766 /**
4767  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4768  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4769  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4770  *
4771  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4772  *                    address on the kernel memory map.
4773  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4774  *                    of the pages passed in the page parameter.
4775  * \param count       Number of pages passed in.
4776  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4777  *                    page faults, FALSE otherwise.
4778  *
4779  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4780  *          finished or FALSE otherwise.
4781  *
4782  */
4783 boolean_t
4784 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4785     boolean_t can_fault)
4786 {
4787         vm_paddr_t paddr;
4788         boolean_t needs_mapping;
4789         int error, i;
4790
4791         /*
4792          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4793          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4794          */
4795         needs_mapping = FALSE;
4796         for (i = 0; i < count; i++) {
4797                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4798                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
4799                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4800                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4801                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4802                         needs_mapping = TRUE;
4803                 } else {
4804                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4805                 }
4806         }
4807
4808         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4809         if (!needs_mapping)
4810                 return (FALSE);
4811
4812         if (!can_fault)
4813                 sched_pin();
4814         for (i = 0; i < count; i++) {
4815                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4816                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
4817                         panic(
4818                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4819                 }
4820         }
4821
4822         return (needs_mapping);
4823 }
4824
4825 void
4826 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4827     boolean_t can_fault)
4828 {
4829         vm_paddr_t paddr;
4830         int i;
4831
4832         if (!can_fault)
4833                 sched_unpin();
4834         for (i = 0; i < count; i++) {
4835                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4836                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
4837                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4838                 }
4839         }
4840 }