Unify bulk free operations in several pmaps.
[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 /*
225  * Data for the pv entry allocation mechanism.
226  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
227  * elements, but reads are not.
228  */
229 static struct md_page *pv_table;
230 static struct md_page pv_dummy;
231
232 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
233 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
234 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
235
236 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
237 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
238 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
239
240 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
241 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
242
243 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
244
245 static int superpages_enabled = 1;
246 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
247     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
248     "Are large page mappings enabled?");
249
250 /*
251  * Data for the pv entry allocation mechanism
252  */
253 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
254 static struct mtx pv_chunks_mutex;
255 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
256
257 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
258 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
259 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
260 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
261 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
262 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
263                     vm_offset_t va);
264
265 static int pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
266 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
267 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
268 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
269     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
270 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
271 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
272     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
273 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
274     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
275 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
276     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
277 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
278     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
279
280 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
281                 struct rwlock **lockp);
282
283 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
284     struct spglist *free);
285 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
286 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
287
288 /*
289  * These load the old table data and store the new value.
290  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
291  * the same time as the CPU.
292  */
293 #define pmap_load_store(table, entry) atomic_swap_64(table, entry)
294 #define pmap_set(table, mask) atomic_set_64(table, mask)
295 #define pmap_load_clear(table) atomic_swap_64(table, 0)
296 #define pmap_load(table) (*table)
297
298 /********************/
299 /* Inline functions */
300 /********************/
301
302 static __inline void
303 pagecopy(void *s, void *d)
304 {
305
306         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
307 }
308
309 static __inline pd_entry_t *
310 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
311 {
312
313         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
314 }
315
316 static __inline pd_entry_t *
317 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
318 {
319         pd_entry_t *l1;
320
321         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
322         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
323 }
324
325 static __inline pd_entry_t *
326 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
327 {
328         pd_entry_t *l0;
329
330         l0 = pmap_l0(pmap, va);
331         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
332                 return (NULL);
333
334         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
335 }
336
337 static __inline pd_entry_t *
338 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
339 {
340         pd_entry_t *l2;
341
342         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
343         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
344 }
345
346 static __inline pd_entry_t *
347 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
348 {
349         pd_entry_t *l1;
350
351         l1 = pmap_l1(pmap, va);
352         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
353                 return (NULL);
354
355         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
356 }
357
358 static __inline pt_entry_t *
359 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
360 {
361         pt_entry_t *l3;
362
363         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
364         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
365 }
366
367 /*
368  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
369  * The next level may or may not point to a valid page or block.
370  */
371 static __inline pd_entry_t *
372 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
373 {
374         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
375
376         l0 = pmap_l0(pmap, va);
377         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
378         if (desc != L0_TABLE) {
379                 *level = -1;
380                 return (NULL);
381         }
382
383         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
384         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
385         if (desc != L1_TABLE) {
386                 *level = 0;
387                 return (l0);
388         }
389
390         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
391         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
392         if (desc != L2_TABLE) {
393                 *level = 1;
394                 return (l1);
395         }
396
397         *level = 2;
398         return (l2);
399 }
400
401 /*
402  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
403  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
404  * the first invalid level.
405  */
406 static __inline pt_entry_t *
407 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
408 {
409         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
410         pt_entry_t *l3;
411
412         l1 = pmap_l1(pmap, va);
413         if (l1 == NULL) {
414                 *level = 0;
415                 return (NULL);
416         }
417         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
418         if (desc == L1_BLOCK) {
419                 *level = 1;
420                 return (l1);
421         }
422
423         if (desc != L1_TABLE) {
424                 *level = 1;
425                 return (NULL);
426         }
427
428         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
429         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
430         if (desc == L2_BLOCK) {
431                 *level = 2;
432                 return (l2);
433         }
434
435         if (desc != L2_TABLE) {
436                 *level = 2;
437                 return (NULL);
438         }
439
440         *level = 3;
441         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
442         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
443                 return (NULL);
444
445         return (l3);
446 }
447
448 static inline bool
449 pmap_superpages_enabled(void)
450 {
451
452         return (superpages_enabled != 0);
453 }
454
455 bool
456 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
457     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
458 {
459         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
460
461         if (pmap->pm_l0 == NULL)
462                 return (false);
463
464         l0p = pmap_l0(pmap, va);
465         *l0 = l0p;
466
467         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
468                 return (false);
469
470         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
471         *l1 = l1p;
472
473         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
474                 *l2 = NULL;
475                 *l3 = NULL;
476                 return (true);
477         }
478
479         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
480                 return (false);
481
482         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
483         *l2 = l2p;
484
485         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
486                 *l3 = NULL;
487                 return (true);
488         }
489
490         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
491
492         return (true);
493 }
494
495 static __inline int
496 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
497 {
498
499         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
500 }
501
502
503 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
504
505 /*
506  * Checks if the page is dirty. We currently lack proper tracking of this on
507  * arm64 so for now assume is a page mapped as rw was accessed it is.
508  */
509 static inline int
510 pmap_page_dirty(pt_entry_t pte)
511 {
512
513         return ((pte & (ATTR_AF | ATTR_AP_RW_BIT)) ==
514             (ATTR_AF | ATTR_AP(ATTR_AP_RW)));
515 }
516
517 static __inline void
518 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
519 {
520
521         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
522         pmap->pm_stats.resident_count += count;
523 }
524
525 static __inline void
526 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
527 {
528
529         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
530         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
531             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
532             pmap->pm_stats.resident_count, count));
533         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
534 }
535
536 static pt_entry_t *
537 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
538     u_int *l2_slot)
539 {
540         pt_entry_t *l2;
541         pd_entry_t *l1;
542
543         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
544         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
545
546         /* Check locore has used a table L1 map */
547         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
548            ("Invalid bootstrap L1 table"));
549         /* Find the address of the L2 table */
550         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
551         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
552
553         return (l2);
554 }
555
556 static vm_paddr_t
557 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
558 {
559         u_int l1_slot, l2_slot;
560         pt_entry_t *l2;
561
562         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
563
564         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
565 }
566
567 static void
568 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
569 {
570         vm_offset_t va;
571         vm_paddr_t pa;
572         u_int l1_slot;
573
574         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
575         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
576         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
577             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
578                 l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
579
580                 pmap_load_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
581                     (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
582                     ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L1_BLOCK);
583         }
584
585         /* Set the upper limit of the DMAP region */
586         dmap_phys_max = pa;
587         dmap_max_addr = va;
588
589         cpu_tlb_flushID();
590 }
591
592 static vm_offset_t
593 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
594 {
595         vm_offset_t l2pt;
596         vm_paddr_t pa;
597         pd_entry_t *l1;
598         u_int l1_slot;
599
600         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
601
602         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
603         l1_slot = pmap_l1_index(va);
604         l2pt = l2_start;
605
606         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
607                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
608
609                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
610                 pmap_load_store(&l1[l1_slot],
611                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
612                 l2pt += PAGE_SIZE;
613         }
614
615         /* Clean the L2 page table */
616         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
617
618         return l2pt;
619 }
620
621 static vm_offset_t
622 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
623 {
624         vm_offset_t l3pt;
625         vm_paddr_t pa;
626         pd_entry_t *l2;
627         u_int l2_slot;
628
629         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
630
631         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
632         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
633         l2_slot = pmap_l2_index(va);
634         l3pt = l3_start;
635
636         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
637                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
638
639                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
640                 pmap_load_store(&l2[l2_slot],
641                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L2_TABLE);
642                 l3pt += PAGE_SIZE;
643         }
644
645         /* Clean the L2 page table */
646         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
647
648         return l3pt;
649 }
650
651 /*
652  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
653  */
654 void
655 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
656     vm_size_t kernlen)
657 {
658         u_int l1_slot, l2_slot, avail_slot, map_slot, used_map_slot;
659         uint64_t kern_delta;
660         pt_entry_t *l2;
661         vm_offset_t va, freemempos;
662         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
663         vm_paddr_t pa, max_pa, min_pa;
664         int i;
665
666         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
667         physmem = 0;
668
669         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
670         printf("%lx\n", l1pt);
671         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
672
673         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
674         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
675         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
676
677         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
678         min_pa = max_pa = KERNBASE - kern_delta;
679
680         /*
681          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
682          * but may contain empty ranges.
683          */
684         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
685                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
686                         continue;
687                 if (physmap[i] <= min_pa)
688                         min_pa = physmap[i];
689                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
690                         max_pa = physmap[i + 1];
691         }
692
693         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
694         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
695
696         va = KERNBASE;
697         pa = KERNBASE - kern_delta;
698
699         /*
700          * Start to initialise phys_avail by copying from physmap
701          * up to the physical address KERNBASE points at.
702          */
703         map_slot = avail_slot = 0;
704         for (; map_slot < (physmap_idx * 2) &&
705             avail_slot < (PHYS_AVAIL_SIZE - 2); map_slot += 2) {
706                 if (physmap[map_slot] == physmap[map_slot + 1])
707                         continue;
708
709                 if (physmap[map_slot] <= pa &&
710                     physmap[map_slot + 1] > pa)
711                         break;
712
713                 phys_avail[avail_slot] = physmap[map_slot];
714                 phys_avail[avail_slot + 1] = physmap[map_slot + 1];
715                 physmem += (phys_avail[avail_slot + 1] -
716                     phys_avail[avail_slot]) >> PAGE_SHIFT;
717                 avail_slot += 2;
718         }
719
720         /* Add the memory before the kernel */
721         if (physmap[avail_slot] < pa && avail_slot < (PHYS_AVAIL_SIZE - 2)) {
722                 phys_avail[avail_slot] = physmap[map_slot];
723                 phys_avail[avail_slot + 1] = pa;
724                 physmem += (phys_avail[avail_slot + 1] -
725                     phys_avail[avail_slot]) >> PAGE_SHIFT;
726                 avail_slot += 2;
727         }
728         used_map_slot = map_slot;
729
730         /*
731          * Read the page table to find out what is already mapped.
732          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
733          * using a single L1 entry.
734          */
735         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
736
737         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
738         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
739
740         /* Find how many pages we have mapped */
741         for (; l2_slot < Ln_ENTRIES; l2_slot++) {
742                 if ((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == 0)
743                         break;
744
745                 /* Check locore used L2 blocks */
746                 KASSERT((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
747                     ("Invalid bootstrap L2 table"));
748                 KASSERT((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) == pa,
749                     ("Incorrect PA in L2 table"));
750
751                 va += L2_SIZE;
752                 pa += L2_SIZE;
753         }
754
755         va = roundup2(va, L1_SIZE);
756
757         freemempos = KERNBASE + kernlen;
758         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
759         /* Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS */
760         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, va, freemempos);
761         /* And the l3 tables for the early devmap */
762         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
763             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
764
765         cpu_tlb_flushID();
766
767 #define alloc_pages(var, np)                                            \
768         (var) = freemempos;                                             \
769         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
770         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
771
772         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
773         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
774         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
775
776         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
777         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
778         msgbufp = (void *)msgbufpv;
779
780         virtual_avail = roundup2(freemempos, L1_SIZE);
781         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
782         kernel_vm_end = virtual_avail;
783
784         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
785
786         /* Finish initialising physmap */
787         map_slot = used_map_slot;
788         for (; avail_slot < (PHYS_AVAIL_SIZE - 2) &&
789             map_slot < (physmap_idx * 2); map_slot += 2) {
790                 if (physmap[map_slot] == physmap[map_slot + 1])
791                         continue;
792
793                 /* Have we used the current range? */
794                 if (physmap[map_slot + 1] <= pa)
795                         continue;
796
797                 /* Do we need to split the entry? */
798                 if (physmap[map_slot] < pa) {
799                         phys_avail[avail_slot] = pa;
800                         phys_avail[avail_slot + 1] = physmap[map_slot + 1];
801                 } else {
802                         phys_avail[avail_slot] = physmap[map_slot];
803                         phys_avail[avail_slot + 1] = physmap[map_slot + 1];
804                 }
805                 physmem += (phys_avail[avail_slot + 1] -
806                     phys_avail[avail_slot]) >> PAGE_SHIFT;
807
808                 avail_slot += 2;
809         }
810         phys_avail[avail_slot] = 0;
811         phys_avail[avail_slot + 1] = 0;
812
813         /*
814          * Maxmem isn't the "maximum memory", it's one larger than the
815          * highest page of the physical address space.  It should be
816          * called something like "Maxphyspage".
817          */
818         Maxmem = atop(phys_avail[avail_slot - 1]);
819
820         cpu_tlb_flushID();
821 }
822
823 /*
824  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
825  */
826 void
827 pmap_page_init(vm_page_t m)
828 {
829
830         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
831         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
832 }
833
834 /*
835  *      Initialize the pmap module.
836  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
837  *      system needs to map virtual memory.
838  */
839 void
840 pmap_init(void)
841 {
842         vm_size_t s;
843         int i, pv_npg;
844
845         /*
846          * Are large page mappings enabled?
847          */
848         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
849
850         /*
851          * Initialize the pv chunk list mutex.
852          */
853         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
854
855         /*
856          * Initialize the pool of pv list locks.
857          */
858         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
859                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
860
861         /*
862          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
863          */
864         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
865
866         /*
867          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
868          */
869         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
870         s = round_page(s);
871         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
872             M_WAITOK | M_ZERO);
873         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
874                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
875         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
876 }
877
878 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD, 0,
879     "2MB page mapping counters");
880
881 static u_long pmap_l2_demotions;
882 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
883     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
884
885 static u_long pmap_l2_p_failures;
886 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
887     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
888
889 static u_long pmap_l2_promotions;
890 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
891     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
892
893 /*
894  * Invalidate a single TLB entry.
895  */
896 static __inline void
897 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
898 {
899
900         sched_pin();
901         __asm __volatile(
902             "dsb  ishst         \n"
903             "tlbi vaae1is, %0   \n"
904             "dsb  ish           \n"
905             "isb                \n"
906             : : "r"(va >> PAGE_SHIFT));
907         sched_unpin();
908 }
909
910 static __inline void
911 pmap_invalidate_range_nopin(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
912 {
913         vm_offset_t addr;
914
915         dsb(ishst);
916         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
917                 __asm __volatile(
918                     "tlbi vaae1is, %0" : : "r"(addr >> PAGE_SHIFT));
919         }
920         __asm __volatile(
921             "dsb  ish   \n"
922             "isb        \n");
923 }
924
925 static __inline void
926 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
927 {
928
929         sched_pin();
930         pmap_invalidate_range_nopin(pmap, sva, eva);
931         sched_unpin();
932 }
933
934 static __inline void
935 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
936 {
937
938         sched_pin();
939         __asm __volatile(
940             "dsb  ishst         \n"
941             "tlbi vmalle1is     \n"
942             "dsb  ish           \n"
943             "isb                \n");
944         sched_unpin();
945 }
946
947 /*
948  *      Routine:        pmap_extract
949  *      Function:
950  *              Extract the physical page address associated
951  *              with the given map/virtual_address pair.
952  */
953 vm_paddr_t
954 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
955 {
956         pt_entry_t *pte, tpte;
957         vm_paddr_t pa;
958         int lvl;
959
960         pa = 0;
961         PMAP_LOCK(pmap);
962         /*
963          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
964          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
965          */
966         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
967         if (pte != NULL) {
968                 tpte = pmap_load(pte);
969                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
970                 switch(lvl) {
971                 case 1:
972                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
973                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
974                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
975                         pa |= (va & L1_OFFSET);
976                         break;
977                 case 2:
978                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
979                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
980                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
981                         pa |= (va & L2_OFFSET);
982                         break;
983                 case 3:
984                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
985                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
986                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
987                         pa |= (va & L3_OFFSET);
988                         break;
989                 }
990         }
991         PMAP_UNLOCK(pmap);
992         return (pa);
993 }
994
995 /*
996  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
997  *      Function:
998  *              Atomically extract and hold the physical page
999  *              with the given pmap and virtual address pair
1000  *              if that mapping permits the given protection.
1001  */
1002 vm_page_t
1003 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1004 {
1005         pt_entry_t *pte, tpte;
1006         vm_offset_t off;
1007         vm_paddr_t pa;
1008         vm_page_t m;
1009         int lvl;
1010
1011         pa = 0;
1012         m = NULL;
1013         PMAP_LOCK(pmap);
1014 retry:
1015         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1016         if (pte != NULL) {
1017                 tpte = pmap_load(pte);
1018
1019                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1020                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1021                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1022                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1023                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1024                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1025                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1026                 if (((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ||
1027                     ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1028                         switch(lvl) {
1029                         case 1:
1030                                 off = va & L1_OFFSET;
1031                                 break;
1032                         case 2:
1033                                 off = va & L2_OFFSET;
1034                                 break;
1035                         case 3:
1036                         default:
1037                                 off = 0;
1038                         }
1039                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap,
1040                             (tpte & ~ATTR_MASK) | off, &pa))
1041                                 goto retry;
1042                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1043                         vm_page_hold(m);
1044                 }
1045         }
1046         PA_UNLOCK_COND(pa);
1047         PMAP_UNLOCK(pmap);
1048         return (m);
1049 }
1050
1051 vm_paddr_t
1052 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1053 {
1054         pt_entry_t *pte, tpte;
1055         vm_paddr_t pa;
1056         int lvl;
1057
1058         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1059                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1060         } else {
1061                 pa = 0;
1062                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1063                 if (pte != NULL) {
1064                         tpte = pmap_load(pte);
1065                         pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1066                         switch(lvl) {
1067                         case 1:
1068                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1069                                     ("pmap_kextract: Invalid L1 pte found: %lx",
1070                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1071                                 pa |= (va & L1_OFFSET);
1072                                 break;
1073                         case 2:
1074                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1075                                     ("pmap_kextract: Invalid L2 pte found: %lx",
1076                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1077                                 pa |= (va & L2_OFFSET);
1078                                 break;
1079                         case 3:
1080                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1081                                     ("pmap_kextract: Invalid L3 pte found: %lx",
1082                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1083                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
1084                                 break;
1085                         }
1086                 }
1087         }
1088         return (pa);
1089 }
1090
1091 /***************************************************
1092  * Low level mapping routines.....
1093  ***************************************************/
1094
1095 static void
1096 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1097 {
1098         pd_entry_t *pde;
1099         pt_entry_t *pte, attr;
1100         vm_offset_t va;
1101         int lvl;
1102
1103         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1104            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1105         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1106            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1107         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1108             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1109
1110         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(mode) | L3_PAGE;
1111         if (mode == DEVICE_MEMORY)
1112                 attr |= ATTR_XN;
1113
1114         va = sva;
1115         while (size != 0) {
1116                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1117                 KASSERT(pde != NULL,
1118                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1119                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1120
1121                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1122                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1123
1124                 va += PAGE_SIZE;
1125                 pa += PAGE_SIZE;
1126                 size -= PAGE_SIZE;
1127         }
1128         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1129 }
1130
1131 void
1132 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1133 {
1134
1135         pmap_kenter(sva, size, pa, DEVICE_MEMORY);
1136 }
1137
1138 /*
1139  * Remove a page from the kernel pagetables.
1140  */
1141 PMAP_INLINE void
1142 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1143 {
1144         pt_entry_t *pte;
1145         int lvl;
1146
1147         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1148         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1149         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1150
1151         pmap_load_clear(pte);
1152         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1153 }
1154
1155 void
1156 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1157 {
1158         pt_entry_t *pte;
1159         vm_offset_t va;
1160         int lvl;
1161
1162         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1163            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1164         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1165             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1166
1167         va = sva;
1168         while (size != 0) {
1169                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1170                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1171                 KASSERT(lvl == 3,
1172                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1173                 pmap_load_clear(pte);
1174
1175                 va += PAGE_SIZE;
1176                 size -= PAGE_SIZE;
1177         }
1178         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1179 }
1180
1181 /*
1182  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1183  *      virtual address space.
1184  *
1185  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1186  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1187  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1188  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1189  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1190  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1191  *      region.
1192  */
1193 vm_offset_t
1194 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1195 {
1196         return PHYS_TO_DMAP(start);
1197 }
1198
1199
1200 /*
1201  * Add a list of wired pages to the kva
1202  * this routine is only used for temporary
1203  * kernel mappings that do not need to have
1204  * page modification or references recorded.
1205  * Note that old mappings are simply written
1206  * over.  The page *must* be wired.
1207  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1208  */
1209 void
1210 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1211 {
1212         pd_entry_t *pde;
1213         pt_entry_t *pte, pa;
1214         vm_offset_t va;
1215         vm_page_t m;
1216         int i, lvl;
1217
1218         va = sva;
1219         for (i = 0; i < count; i++) {
1220                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1221                 KASSERT(pde != NULL,
1222                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1223                 KASSERT(lvl == 2,
1224                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1225
1226                 m = ma[i];
1227                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT | ATTR_AP(ATTR_AP_RW) |
1228                     ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1229                 if (m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
1230                         pa |= ATTR_XN;
1231                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1232                 pmap_load_store(pte, pa);
1233
1234                 va += L3_SIZE;
1235         }
1236         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1237 }
1238
1239 /*
1240  * This routine tears out page mappings from the
1241  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1242  */
1243 void
1244 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1245 {
1246         pt_entry_t *pte;
1247         vm_offset_t va;
1248         int lvl;
1249
1250         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1251
1252         va = sva;
1253         while (count-- > 0) {
1254                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1255                 KASSERT(lvl == 3,
1256                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1257                 if (pte != NULL) {
1258                         pmap_load_clear(pte);
1259                 }
1260
1261                 va += PAGE_SIZE;
1262         }
1263         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1264 }
1265
1266 /***************************************************
1267  * Page table page management routines.....
1268  ***************************************************/
1269 /*
1270  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1271  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1272  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1273  */
1274 static __inline void
1275 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1276     boolean_t set_PG_ZERO)
1277 {
1278
1279         if (set_PG_ZERO)
1280                 m->flags |= PG_ZERO;
1281         else
1282                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1283         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1284 }
1285
1286 /*
1287  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1288  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1289  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1290  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1291  */
1292 static inline boolean_t
1293 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1294 {
1295
1296         --m->wire_count;
1297         if (m->wire_count == 0) {
1298                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1299                 return (TRUE);
1300         } else
1301                 return (FALSE);
1302 }
1303
1304 static void
1305 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1306 {
1307
1308         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1309         /*
1310          * unmap the page table page
1311          */
1312         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1313                 /* l1 page */
1314                 pd_entry_t *l0;
1315
1316                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1317                 pmap_load_clear(l0);
1318         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1319                 /* l2 page */
1320                 pd_entry_t *l1;
1321
1322                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1323                 pmap_load_clear(l1);
1324         } else {
1325                 /* l3 page */
1326                 pd_entry_t *l2;
1327
1328                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1329                 pmap_load_clear(l2);
1330         }
1331         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1332         if (m->pindex < NUL2E) {
1333                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1334                 pd_entry_t *l1, tl1;
1335                 vm_page_t l2pg;
1336
1337                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1338                 tl1 = pmap_load(l1);
1339                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1340                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1341         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1342                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1343                 pd_entry_t *l0, tl0;
1344                 vm_page_t l1pg;
1345
1346                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1347                 tl0 = pmap_load(l0);
1348                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1349                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1350         }
1351         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1352
1353         vm_wire_sub(1);
1354
1355         /*
1356          * Put page on a list so that it is released after
1357          * *ALL* TLB shootdown is done
1358          */
1359         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1360 }
1361
1362 /*
1363  * After removing a page table entry, this routine is used to
1364  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1365  */
1366 static int
1367 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1368     struct spglist *free)
1369 {
1370         vm_page_t mpte;
1371
1372         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1373                 return (0);
1374         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1375         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1376         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1377 }
1378
1379 void
1380 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1381 {
1382
1383         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1384         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1385         pmap->pm_l0 = kernel_pmap->pm_l0;
1386         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1387 }
1388
1389 int
1390 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1391 {
1392         vm_paddr_t l0phys;
1393         vm_page_t l0pt;
1394
1395         /*
1396          * allocate the l0 page
1397          */
1398         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1399             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1400                 vm_wait(NULL);
1401
1402         l0phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1403         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l0phys);
1404
1405         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1406                 pagezero(pmap->pm_l0);
1407
1408         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1409         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1410
1411         return (1);
1412 }
1413
1414 /*
1415  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1416  *
1417  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1418  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1419  *
1420  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1421  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1422  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1423  * race conditions.
1424  */
1425 static vm_page_t
1426 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1427 {
1428         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1429
1430         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1431
1432         /*
1433          * Allocate a page table page.
1434          */
1435         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1436             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1437                 if (lockp != NULL) {
1438                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1439                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1440                         vm_wait(NULL);
1441                         PMAP_LOCK(pmap);
1442                 }
1443
1444                 /*
1445                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1446                  * page may have been allocated.
1447                  */
1448                 return (NULL);
1449         }
1450         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1451                 pmap_zero_page(m);
1452
1453         /*
1454          * Map the pagetable page into the process address space, if
1455          * it isn't already there.
1456          */
1457
1458         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1459                 pd_entry_t *l0;
1460                 vm_pindex_t l0index;
1461
1462                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1463                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1464                 pmap_load_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1465         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1466                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1467                 pd_entry_t *l0, *l1;
1468                 pd_entry_t tl0;
1469
1470                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1471                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1472
1473                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1474                 tl0 = pmap_load(l0);
1475                 if (tl0 == 0) {
1476                         /* recurse for allocating page dir */
1477                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1478                             lockp) == NULL) {
1479                                 vm_page_unwire_noq(m);
1480                                 vm_page_free_zero(m);
1481                                 return (NULL);
1482                         }
1483                 } else {
1484                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1485                         l1pg->wire_count++;
1486                 }
1487
1488                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1489                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1490                 pmap_load_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1491         } else {
1492                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1493                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1494                 pd_entry_t tl0, tl1;
1495
1496                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1497                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1498
1499                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1500                 tl0 = pmap_load(l0);
1501                 if (tl0 == 0) {
1502                         /* recurse for allocating page dir */
1503                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1504                             lockp) == NULL) {
1505                                 vm_page_unwire_noq(m);
1506                                 vm_page_free_zero(m);
1507                                 return (NULL);
1508                         }
1509                         tl0 = pmap_load(l0);
1510                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1511                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1512                 } else {
1513                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1514                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1515                         tl1 = pmap_load(l1);
1516                         if (tl1 == 0) {
1517                                 /* recurse for allocating page dir */
1518                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1519                                     lockp) == NULL) {
1520                                         vm_page_unwire_noq(m);
1521                                         vm_page_free_zero(m);
1522                                         return (NULL);
1523                                 }
1524                         } else {
1525                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1526                                 l2pg->wire_count++;
1527                         }
1528                 }
1529
1530                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1531                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1532                 pmap_load_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1533         }
1534
1535         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1536
1537         return (m);
1538 }
1539
1540 static vm_page_t
1541 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1542 {
1543         vm_pindex_t ptepindex;
1544         pd_entry_t *pde, tpde;
1545 #ifdef INVARIANTS
1546         pt_entry_t *pte;
1547 #endif
1548         vm_page_t m;
1549         int lvl;
1550
1551         /*
1552          * Calculate pagetable page index
1553          */
1554         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1555 retry:
1556         /*
1557          * Get the page directory entry
1558          */
1559         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1560
1561         /*
1562          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1563          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1564          * table.
1565          */
1566         switch (lvl) {
1567         case -1:
1568                 break;
1569         case 0:
1570 #ifdef INVARIANTS
1571                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1572                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1573                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1574 #endif
1575                 break;
1576         case 1:
1577 #ifdef INVARIANTS
1578                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1579                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1580                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1581 #endif
1582                 break;
1583         case 2:
1584                 tpde = pmap_load(pde);
1585                 if (tpde != 0) {
1586                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1587                         m->wire_count++;
1588                         return (m);
1589                 }
1590                 break;
1591         default:
1592                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1593         }
1594
1595         /*
1596          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1597          */
1598         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1599         if (m == NULL && lockp != NULL)
1600                 goto retry;
1601
1602         return (m);
1603 }
1604
1605
1606 /***************************************************
1607  * Pmap allocation/deallocation routines.
1608  ***************************************************/
1609
1610 /*
1611  * Release any resources held by the given physical map.
1612  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1613  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1614  */
1615 void
1616 pmap_release(pmap_t pmap)
1617 {
1618         vm_page_t m;
1619
1620         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1621             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1622             pmap->pm_stats.resident_count));
1623         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1624             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1625
1626         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l0));
1627
1628         vm_page_unwire_noq(m);
1629         vm_page_free_zero(m);
1630 }
1631
1632 static int
1633 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1634 {
1635         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1636
1637         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1638 }
1639 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1640     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1641
1642 static int
1643 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1644 {
1645         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1646
1647         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1648 }
1649 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1650     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1651
1652 /*
1653  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1654  */
1655 void
1656 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1657 {
1658         vm_paddr_t paddr;
1659         vm_page_t nkpg;
1660         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1661
1662         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1663
1664         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1665         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1666                 addr = kernel_map->max_offset;
1667         while (kernel_vm_end < addr) {
1668                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1669                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
1670                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
1671
1672                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
1673                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1674                         /* We need a new PDP entry */
1675                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1676                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1677                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1678                         if (nkpg == NULL)
1679                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1680                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1681                                 pmap_zero_page(nkpg);
1682                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1683                         pmap_load_store(l1, paddr | L1_TABLE);
1684                         continue; /* try again */
1685                 }
1686                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1687                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_AF) != 0) {
1688                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1689                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1690                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1691                                 break;
1692                         }
1693                         continue;
1694                 }
1695
1696                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1697                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1698                     VM_ALLOC_ZERO);
1699                 if (nkpg == NULL)
1700                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1701                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1702                         pmap_zero_page(nkpg);
1703                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1704                 pmap_load_store(l2, paddr | L2_TABLE);
1705                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1706
1707                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1708                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1709                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1710                         break;
1711                 }
1712         }
1713 }
1714
1715
1716 /***************************************************
1717  * page management routines.
1718  ***************************************************/
1719
1720 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1721 CTASSERT(_NPCM == 3);
1722 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1723
1724 static __inline struct pv_chunk *
1725 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1726 {
1727
1728         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1729 }
1730
1731 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1732
1733 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1734 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1735 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1736
1737 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1738
1739 #if 0
1740 #ifdef PV_STATS
1741 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1742
1743 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1744         "Current number of pv entry chunks");
1745 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1746         "Current number of pv entry chunks allocated");
1747 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1748         "Current number of pv entry chunks frees");
1749 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1750         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1751
1752 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1753 static int pv_entry_spare;
1754
1755 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1756         "Current number of pv entry frees");
1757 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1758         "Current number of pv entry allocs");
1759 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1760         "Current number of pv entries");
1761 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1762         "Current number of spare pv entries");
1763 #endif
1764 #endif /* 0 */
1765
1766 /*
1767  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1768  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1769  * another pv entry chunk.
1770  *
1771  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1772  *
1773  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1774  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1775  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1776  */
1777 static vm_page_t
1778 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1779 {
1780         struct pch new_tail;
1781         struct pv_chunk *pc;
1782         struct md_page *pvh;
1783         pd_entry_t *pde;
1784         pmap_t pmap;
1785         pt_entry_t *pte, tpte;
1786         pv_entry_t pv;
1787         vm_offset_t va;
1788         vm_page_t m, m_pc;
1789         struct spglist free;
1790         uint64_t inuse;
1791         int bit, field, freed, lvl;
1792
1793         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
1794         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
1795         pmap = NULL;
1796         m_pc = NULL;
1797         SLIST_INIT(&free);
1798         TAILQ_INIT(&new_tail);
1799         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1800         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
1801                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1802                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1803                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
1804                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1805                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1806                         pmap = pc->pc_pmap;
1807                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1808                         if (pmap > locked_pmap) {
1809                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1810                                 PMAP_LOCK(pmap);
1811                         } else if (pmap != locked_pmap &&
1812                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
1813                                 pmap = NULL;
1814                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1815                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1816                                 continue;
1817                         }
1818                 }
1819
1820                 /*
1821                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
1822                  */
1823                 freed = 0;
1824                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1825                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
1826                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
1827                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
1828                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1829                                 va = pv->pv_va;
1830                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1831                                 if (lvl != 2)
1832                                         continue;
1833                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1834                                 tpte = pmap_load(pte);
1835                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
1836                                         continue;
1837                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
1838                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1839                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
1840                                 if (pmap_page_dirty(tpte))
1841                                         vm_page_dirty(m);
1842                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
1843                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
1844                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1845                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1846                                 m->md.pv_gen++;
1847                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
1848                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1849                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1850                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
1851                                                 vm_page_aflag_clear(m,
1852                                                     PGA_WRITEABLE);
1853                                         }
1854                                 }
1855                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
1856                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
1857                                 freed++;
1858                         }
1859                 }
1860                 if (freed == 0) {
1861                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1862                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1863                         continue;
1864                 }
1865                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
1866                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
1867                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
1868                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
1869                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
1870                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1871                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
1872                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
1873                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1874                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1875                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1876                         /* Entire chunk is free; return it. */
1877                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1878                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
1879                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1880                         break;
1881                 }
1882                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1883                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1884                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1885                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
1886                 if (pmap == locked_pmap)
1887                         break;
1888         }
1889         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1890         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1891         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1892                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1893         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
1894                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
1895                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
1896                 /* Recycle a freed page table page. */
1897                 m_pc->wire_count = 1;
1898                 vm_wire_add(1);
1899         }
1900         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
1901         return (m_pc);
1902 }
1903
1904 /*
1905  * free the pv_entry back to the free list
1906  */
1907 static void
1908 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1909 {
1910         struct pv_chunk *pc;
1911         int idx, field, bit;
1912
1913         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1914         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1915         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1916         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1917         pc = pv_to_chunk(pv);
1918         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1919         field = idx / 64;
1920         bit = idx % 64;
1921         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1922         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1923             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1924                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1925                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1926                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1927                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1928                 }
1929                 return;
1930         }
1931         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1932         free_pv_chunk(pc);
1933 }
1934
1935 static void
1936 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1937 {
1938         vm_page_t m;
1939
1940         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1941         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1942         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1943         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1944         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1945         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1946         /* entire chunk is free, return it */
1947         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1948         dump_drop_page(m->phys_addr);
1949         vm_page_unwire_noq(m);
1950         vm_page_free(m);
1951 }
1952
1953 /*
1954  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1955  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1956  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1957  * returned.
1958  *
1959  * The given PV list lock may be released.
1960  */
1961 static pv_entry_t
1962 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1963 {
1964         int bit, field;
1965         pv_entry_t pv;
1966         struct pv_chunk *pc;
1967         vm_page_t m;
1968
1969         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1970         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1971 retry:
1972         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1973         if (pc != NULL) {
1974                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1975                         if (pc->pc_map[field]) {
1976                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1977                                 break;
1978                         }
1979                 }
1980                 if (field < _NPCM) {
1981                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1982                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1983                         /* If this was the last item, move it to tail */
1984                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1985                             pc->pc_map[2] == 0) {
1986                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1987                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1988                                     pc_list);
1989                         }
1990                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1991                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1992                         return (pv);
1993                 }
1994         }
1995         /* No free items, allocate another chunk */
1996         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1997             VM_ALLOC_WIRED);
1998         if (m == NULL) {
1999                 if (lockp == NULL) {
2000                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2001                         return (NULL);
2002                 }
2003                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2004                 if (m == NULL)
2005                         goto retry;
2006         }
2007         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2008         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2009         dump_add_page(m->phys_addr);
2010         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2011         pc->pc_pmap = pmap;
2012         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2013         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2014         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2015         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2016         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2017         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2018         pv = &pc->pc_pventry[0];
2019         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2020         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2021         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2022         return (pv);
2023 }
2024
2025 /*
2026  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2027  * exceeds the given count, "needed".
2028  *
2029  * The given PV list lock may be released.
2030  */
2031 static void
2032 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2033 {
2034         struct pch new_tail;
2035         struct pv_chunk *pc;
2036         int avail, free;
2037         vm_page_t m;
2038
2039         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2040         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2041
2042         /*
2043          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2044          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2045          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2046          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2047          */
2048         TAILQ_INIT(&new_tail);
2049 retry:
2050         avail = 0;
2051         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2052                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2053                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2054                 if (free == 0)
2055                         break;
2056                 avail += free;
2057                 if (avail >= needed)
2058                         break;
2059         }
2060         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2061                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2062                     VM_ALLOC_WIRED);
2063                 if (m == NULL) {
2064                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2065                         if (m == NULL)
2066                                 goto retry;
2067                 }
2068                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2069                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2070                 dump_add_page(m->phys_addr);
2071                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2072                 pc->pc_pmap = pmap;
2073                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2074                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2075                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2076                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2077                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2078                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2079         }
2080         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2081                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2082                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2083                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2084         }
2085 }
2086
2087 /*
2088  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2089  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2090  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2091  * 2MB page mappings.
2092  */
2093 static __inline pv_entry_t
2094 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2095 {
2096         pv_entry_t pv;
2097
2098         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2099                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2100                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2101                         pvh->pv_gen++;
2102                         break;
2103                 }
2104         }
2105         return (pv);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2110  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2111  * entries for each of the 4KB page mappings.
2112  */
2113 static void
2114 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2115     struct rwlock **lockp)
2116 {
2117         struct md_page *pvh;
2118         struct pv_chunk *pc;
2119         pv_entry_t pv;
2120         vm_offset_t va_last;
2121         vm_page_t m;
2122         int bit, field;
2123
2124         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2125         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2126             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2127         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2128
2129         /*
2130          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2131          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2132          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2133          */
2134         pvh = pa_to_pvh(pa);
2135         va = va & ~L2_OFFSET;
2136         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2137         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2138         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2139         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2140         m->md.pv_gen++;
2141         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2142         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2143         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2144         for (;;) {
2145                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2146                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2147                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2148                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2149                         while (pc->pc_map[field]) {
2150                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2151                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2152                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2153                                 va += PAGE_SIZE;
2154                                 pv->pv_va = va;
2155                                 m++;
2156                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2157                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2158                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2159                                 m->md.pv_gen++;
2160                                 if (va == va_last)
2161                                         goto out;
2162                         }
2163                 }
2164                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2165                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2166         }
2167 out:
2168         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2169                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2170                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2171         }
2172         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2173         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2174 }
2175
2176 /*
2177  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2178  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2179  * page mappings.
2180  */
2181 static void
2182 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2183 {
2184         pv_entry_t pv;
2185
2186         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2187         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2188         free_pv_entry(pmap, pv);
2189 }
2190
2191 /*
2192  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2193  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2194  */
2195 static boolean_t
2196 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2197     struct rwlock **lockp)
2198 {
2199         pv_entry_t pv;
2200
2201         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2202         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2203         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2204                 pv->pv_va = va;
2205                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2206                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2207                 m->md.pv_gen++;
2208                 return (TRUE);
2209         } else
2210                 return (FALSE);
2211 }
2212
2213 /*
2214  * pmap_remove_l2: do the things to unmap a level 2 superpage in a process
2215  */
2216 static int
2217 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2218     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2219 {
2220         struct md_page *pvh;
2221         pt_entry_t old_l2;
2222         vm_offset_t eva, va;
2223         vm_page_t m, ml3;
2224
2225         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2226         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2227         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2228         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2229         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2230                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2231         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2232         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2233                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2234                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2235                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2236                 eva = sva + L2_SIZE;
2237                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2238                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2239                         if (pmap_page_dirty(old_l2))
2240                                 vm_page_dirty(m);
2241                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2242                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2243                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2244                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2245                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2246                 }
2247         }
2248         KASSERT(pmap != kernel_pmap,
2249             ("Attempting to remove an l2 kernel page"));
2250         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2251         if (ml3 != NULL) {
2252                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2253                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
2254                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
2255                 ml3->wire_count = 1;
2256                 vm_page_unwire_noq(ml3);
2257                 pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2258         }
2259         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2260 }
2261
2262 /*
2263  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2264  */
2265 static int
2266 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2267     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2268 {
2269         struct md_page *pvh;
2270         pt_entry_t old_l3;
2271         vm_page_t m;
2272
2273         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2274         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2275         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2276         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2277                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2278         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2279         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2280                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2281                 if (pmap_page_dirty(old_l3))
2282                         vm_page_dirty(m);
2283                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2284                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2285                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2286                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2287                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2288                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2289                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2290                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2291                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2292                 }
2293         }
2294         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2295 }
2296
2297 /*
2298  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2299  *
2300  *      It is assumed that the start and end are properly
2301  *      rounded to the page size.
2302  */
2303 void
2304 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2305 {
2306         struct rwlock *lock;
2307         vm_offset_t va, va_next;
2308         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2309         pt_entry_t l3_paddr, *l3;
2310         struct spglist free;
2311
2312         /*
2313          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2314          */
2315         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2316                 return;
2317
2318         SLIST_INIT(&free);
2319
2320         PMAP_LOCK(pmap);
2321
2322         lock = NULL;
2323         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2324
2325                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2326                         break;
2327
2328                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2329                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2330                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2331                         if (va_next < sva)
2332                                 va_next = eva;
2333                         continue;
2334                 }
2335
2336                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2337                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2338                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2339                         if (va_next < sva)
2340                                 va_next = eva;
2341                         continue;
2342                 }
2343
2344                 /*
2345                  * Calculate index for next page table.
2346                  */
2347                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2348                 if (va_next < sva)
2349                         va_next = eva;
2350
2351                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2352                 if (l2 == NULL)
2353                         continue;
2354
2355                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2356
2357                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2358                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2359                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2360                                     &free, &lock);
2361                                 continue;
2362                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2363                             sva &~L2_OFFSET, &lock) == NULL)
2364                                 continue;
2365                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2366                 }
2367
2368                 /*
2369                  * Weed out invalid mappings.
2370                  */
2371                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2372                         continue;
2373
2374                 /*
2375                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2376                  * by the current page table page, or to the end of the
2377                  * range being removed.
2378                  */
2379                 if (va_next > eva)
2380                         va_next = eva;
2381
2382                 va = va_next;
2383                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2384                     sva += L3_SIZE) {
2385                         if (l3 == NULL)
2386                                 panic("l3 == NULL");
2387                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2388                                 if (va != va_next) {
2389                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2390                                         va = va_next;
2391                                 }
2392                                 continue;
2393                         }
2394                         if (va == va_next)
2395                                 va = sva;
2396                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l3_paddr, &free,
2397                             &lock)) {
2398                                 sva += L3_SIZE;
2399                                 break;
2400                         }
2401                 }
2402                 if (va != va_next)
2403                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2404         }
2405         if (lock != NULL)
2406                 rw_wunlock(lock);
2407         PMAP_UNLOCK(pmap);
2408         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2409 }
2410
2411 /*
2412  *      Routine:        pmap_remove_all
2413  *      Function:
2414  *              Removes this physical page from
2415  *              all physical maps in which it resides.
2416  *              Reflects back modify bits to the pager.
2417  *
2418  *      Notes:
2419  *              Original versions of this routine were very
2420  *              inefficient because they iteratively called
2421  *              pmap_remove (slow...)
2422  */
2423
2424 void
2425 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2426 {
2427         struct md_page *pvh;
2428         pv_entry_t pv;
2429         pmap_t pmap;
2430         struct rwlock *lock;
2431         pd_entry_t *pde, tpde;
2432         pt_entry_t *pte, tpte;
2433         vm_offset_t va;
2434         struct spglist free;
2435         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2436
2437         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2438             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2439         SLIST_INIT(&free);
2440         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2441         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2442             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2443 retry:
2444         rw_wlock(lock);
2445         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2446                 pmap = PV_PMAP(pv);
2447                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2448                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2449                         rw_wunlock(lock);
2450                         PMAP_LOCK(pmap);
2451                         rw_wlock(lock);
2452                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2453                                 rw_wunlock(lock);
2454                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2455                                 goto retry;
2456                         }
2457                 }
2458                 va = pv->pv_va;
2459                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2460                 KASSERT(pte != NULL,
2461                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
2462                 KASSERT(lvl == 2,
2463                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
2464
2465                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
2466                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2467         }
2468         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2469                 pmap = PV_PMAP(pv);
2470                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2471                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2472                         md_gen = m->md.pv_gen;
2473                         rw_wunlock(lock);
2474                         PMAP_LOCK(pmap);
2475                         rw_wlock(lock);
2476                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
2477                                 rw_wunlock(lock);
2478                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2479                                 goto retry;
2480                         }
2481                 }
2482                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2483
2484                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
2485                 KASSERT(pde != NULL,
2486                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
2487                 KASSERT(lvl == 2,
2488                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
2489                 tpde = pmap_load(pde);
2490
2491                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
2492                 tpte = pmap_load(pte);
2493                 pmap_load_clear(pte);
2494                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2495                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
2496                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2497                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
2498                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2499
2500                 /*
2501                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2502                  */
2503                 if (pmap_page_dirty(tpte))
2504                         vm_page_dirty(m);
2505                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
2506                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2507                 m->md.pv_gen++;
2508                 free_pv_entry(pmap, pv);
2509                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2510         }
2511         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2512         rw_wunlock(lock);
2513         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2514 }
2515
2516 /*
2517  *      Set the physical protection on the
2518  *      specified range of this map as requested.
2519  */
2520 void
2521 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2522 {
2523         vm_offset_t va, va_next;
2524         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2525         pt_entry_t *l3p, l3, nbits;
2526
2527         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
2528         if (prot == VM_PROT_NONE) {
2529                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2530                 return;
2531         }
2532
2533         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2534             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2535                 return;
2536
2537         PMAP_LOCK(pmap);
2538         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2539
2540                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2541                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2542                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2543                         if (va_next < sva)
2544                                 va_next = eva;
2545                         continue;
2546                 }
2547
2548                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2549                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2550                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2551                         if (va_next < sva)
2552                                 va_next = eva;
2553                         continue;
2554                 }
2555
2556                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2557                 if (va_next < sva)
2558                         va_next = eva;
2559
2560                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2561                 if (pmap_load(l2) == 0)
2562                         continue;
2563
2564                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2565                         l3p = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
2566                         if (l3p == NULL)
2567                                 continue;
2568                 }
2569                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
2570                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
2571
2572                 if (va_next > eva)
2573                         va_next = eva;
2574
2575                 va = va_next;
2576                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
2577                     sva += L3_SIZE) {
2578                         l3 = pmap_load(l3p);
2579                         if (!pmap_l3_valid(l3))
2580                                 continue;
2581
2582                         nbits = 0;
2583                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2584                                 if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) &&
2585                                     pmap_page_dirty(l3)) {
2586                                         vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 &
2587                                             ~ATTR_MASK));
2588                                 }
2589                                 nbits |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2590                         }
2591                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2592                                 nbits |= ATTR_XN;
2593
2594                         pmap_set(l3p, nbits);
2595                         /* XXX: Use pmap_invalidate_range */
2596                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2597                 }
2598         }
2599         PMAP_UNLOCK(pmap);
2600 }
2601
2602 /*
2603  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2604  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2605  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2606  * ordered by this virtual address range.
2607  */
2608 static __inline int
2609 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2610 {
2611
2612         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2613         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2614 }
2615
2616 /*
2617  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2618  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2619  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2620  * specified virtual address.
2621  */
2622 static __inline vm_page_t
2623 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2624 {
2625
2626         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2627         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
2628 }
2629
2630 /*
2631  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
2632  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
2633  * inconsistent state.
2634  */
2635 static void
2636 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
2637     vm_offset_t va, vm_size_t size)
2638 {
2639         register_t intr;
2640
2641         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2642
2643         /*
2644          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
2645          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
2646          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
2647          */
2648         intr = intr_disable();
2649         critical_enter();
2650
2651         /* Clear the old mapping */
2652         pmap_load_clear(pte);
2653         pmap_invalidate_range_nopin(pmap, va, va + size);
2654
2655         /* Create the new mapping */
2656         pmap_load_store(pte, newpte);
2657
2658         critical_exit();
2659         intr_restore(intr);
2660 }
2661
2662 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2663 /*
2664  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2665  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2666  * for the 2MB page mapping.
2667  */
2668 static void
2669 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2670     struct rwlock **lockp)
2671 {
2672         struct md_page *pvh;
2673         pv_entry_t pv;
2674         vm_offset_t va_last;
2675         vm_page_t m;
2676
2677         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2678             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2679         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2680
2681         /*
2682          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2683          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2684          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2685          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2686          * mappings that is being promoted.
2687          */
2688         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2689         va = va & ~L2_OFFSET;
2690         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2691         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
2692         pvh = pa_to_pvh(pa);
2693         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2694         pvh->pv_gen++;
2695         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2696         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2697         do {
2698                 m++;
2699                 va += PAGE_SIZE;
2700                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2701         } while (va < va_last);
2702 }
2703
2704 /*
2705  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
2706  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
2707  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
2708  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
2709  * identical characteristics.
2710  */
2711 static void
2712 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2713     struct rwlock **lockp)
2714 {
2715         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
2716         vm_page_t mpte;
2717         vm_offset_t sva;
2718
2719         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2720
2721         sva = va & ~L2_OFFSET;
2722         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2723         newl2 = pmap_load(firstl3);
2724
2725         /* Check the alingment is valid */
2726         if (((newl2 & ~ATTR_MASK) & L2_OFFSET) != 0) {
2727                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2728                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
2729                     " in pmap %p", va, pmap);
2730                 return;
2731         }
2732
2733         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2734         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
2735                 oldl3 = pmap_load(l3);
2736                 if (oldl3 != pa) {
2737                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2738                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
2739                             " in pmap %p", va, pmap);
2740                         return;
2741                 }
2742                 pa -= PAGE_SIZE;
2743         }
2744
2745         /*
2746          * Save the page table page in its current state until the L2
2747          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
2748          * destroyed by pmap_remove_l3().
2749          */
2750         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2751         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2752             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2753             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
2754         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2755             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2756         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
2757                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2758                 CTR2(KTR_PMAP,
2759                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
2760                     pmap);
2761                 return;
2762         }
2763
2764         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
2765                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
2766
2767         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
2768         newl2 |= L2_BLOCK;
2769
2770         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
2771
2772         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2773         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2774                     pmap);
2775 }
2776 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2777
2778 /*
2779  *      Insert the given physical page (p) at
2780  *      the specified virtual address (v) in the
2781  *      target physical map with the protection requested.
2782  *
2783  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2784  *      that the related pte can not be reclaimed.
2785  *
2786  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2787  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2788  *      insert this page into the given map NOW.
2789  */
2790 int
2791 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2792     u_int flags, int8_t psind __unused)
2793 {
2794         struct rwlock *lock;
2795         pd_entry_t *pde;
2796         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2797         pt_entry_t *l2, *l3;
2798         pv_entry_t pv;
2799         vm_paddr_t opa, pa, l1_pa, l2_pa, l3_pa;
2800         vm_page_t mpte, om, l1_m, l2_m, l3_m;
2801         boolean_t nosleep;
2802         int lvl;
2803
2804         va = trunc_page(va);
2805         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
2806                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
2807         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2808         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
2809             L3_PAGE);
2810         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2811                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2812         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
2813                 new_l3 |= ATTR_XN;
2814         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2815                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
2816         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2817                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
2818
2819         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2820
2821         mpte = NULL;
2822
2823         lock = NULL;
2824         PMAP_LOCK(pmap);
2825
2826         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2827         if (pde != NULL && lvl == 1) {
2828                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2829                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
2830                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2831                     &lock)) != NULL) {
2832                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
2833                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2834                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
2835                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2836                                 mpte->wire_count++;
2837                         }
2838                         goto havel3;
2839                 }
2840         }
2841
2842         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2843                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2844                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2845                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2846                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2847                         if (lock != NULL)
2848                                 rw_wunlock(lock);
2849                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2850                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2851                 }
2852                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2853                 KASSERT(pde != NULL,
2854                     ("pmap_enter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
2855                 KASSERT(lvl == 2,
2856                     ("pmap_enter: Invalid level %d", lvl));
2857         } else {
2858                 /*
2859                  * If we get a level 2 pde it must point to a level 3 entry
2860                  * otherwise we will need to create the intermediate tables
2861                  */
2862                 if (lvl < 2) {
2863                         switch(lvl) {
2864                         default:
2865                         case -1:
2866                                 /* Get the l0 pde to update */
2867                                 pde = pmap_l0(pmap, va);
2868                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2869
2870                                 l1_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2871                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2872                                     VM_ALLOC_ZERO);
2873                                 if (l1_m == NULL)
2874                                         panic("pmap_enter: l1 pte_m == NULL");
2875                                 if ((l1_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2876                                         pmap_zero_page(l1_m);
2877
2878                                 l1_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l1_m);
2879                                 pmap_load_store(pde, l1_pa | L0_TABLE);
2880                                 /* FALLTHROUGH */
2881                         case 0:
2882                                 /* Get the l1 pde to update */
2883                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2884                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2885
2886                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2887                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2888                                     VM_ALLOC_ZERO);
2889                                 if (l2_m == NULL)
2890                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2891                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2892                                         pmap_zero_page(l2_m);
2893
2894                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2895                                 pmap_load_store(pde, l2_pa | L1_TABLE);
2896                                 /* FALLTHROUGH */
2897                         case 1:
2898                                 /* Get the l2 pde to update */
2899                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2900                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2901
2902                                 l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2903                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2904                                     VM_ALLOC_ZERO);
2905                                 if (l3_m == NULL)
2906                                         panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2907                                 if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2908                                         pmap_zero_page(l3_m);
2909
2910                                 l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2911                                 pmap_load_store(pde, l3_pa | L2_TABLE);
2912                                 break;
2913                         }
2914                 }
2915         }
2916         l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2917 havel3:
2918
2919         om = NULL;
2920         orig_l3 = pmap_load(l3);
2921         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
2922
2923         /*
2924          * Is the specified virtual address already mapped?
2925          */
2926         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
2927                 /*
2928                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2929                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2930                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2931                  * the PT page will be also.
2932                  */
2933                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2934                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
2935                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2936                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2937                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2938                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2939
2940                 /*
2941                  * Remove the extra PT page reference.
2942                  */
2943                 if (mpte != NULL) {
2944                         mpte->wire_count--;
2945                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
2946                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2947                              " va: 0x%lx", va));
2948                 }
2949
2950                 /*
2951                  * Has the physical page changed?
2952                  */
2953                 if (opa == pa) {
2954                         /*
2955                          * No, might be a protection or wiring change.
2956                          */
2957                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2958                                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
2959                                 if ((new_l3 & ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ==
2960                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
2961                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2962                                 }
2963                         }
2964                         goto validate;
2965                 }
2966         } else {
2967                 /*
2968                  * Increment the counters.
2969                  */
2970                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2971                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2972                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2973         }
2974         /*
2975          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2976          */
2977         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
2978                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
2979                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2980                 pv->pv_va = va;
2981                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2982                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2983                 m->md.pv_gen++;
2984                 if ((new_l3 & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
2985                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2986         }
2987
2988 validate:
2989         /*
2990          * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WRITE_BACK
2991          * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
2992          * valid for hardware table walk. If done later, then other can
2993          * access this page before caches are properly synced.
2994          * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
2995          * permission even if the memory isn't going to hold executable
2996          * code. The only time when icache sync is needed is after
2997          * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
2998          * And it's done in elf_cpu_load_file().
2999         */
3000         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3001             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3002             (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_XN)))
3003                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3004
3005         /*
3006          * Update the L3 entry
3007          */
3008         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3009                 if (opa != pa) {
3010                         /* different PA  */
3011                         pmap_update_entry(pmap, l3, new_l3, va, PAGE_SIZE);
3012                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3013                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3014                                 if (pmap_page_dirty(orig_l3))
3015                                         vm_page_dirty(om);
3016                                 if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0)
3017                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3018                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3019                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3020                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3021                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3022                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3023                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3024                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3025                         }
3026                 } else if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3027                         /* same PA, different attributes */
3028                         pmap_load_store(l3, new_l3);
3029                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3030                         if (pmap_page_dirty(orig_l3) &&
3031                             (orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3032                                 vm_page_dirty(m);
3033                 } else {
3034                         /*
3035                          * orig_l3 == new_l3
3036                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3037                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3038                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3039                          * cycle.
3040                          * Another possible reasons are:
3041                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3042                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3043                          *   actual mapping.
3044                          */
3045                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3046                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3047                             __func__, pmap, va, new_l3);
3048                 }
3049         } else {
3050                 /* New mappig */
3051                 pmap_load_store(l3, new_l3);
3052         }
3053
3054 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3055         if (pmap != pmap_kernel() &&
3056             (mpte == NULL || mpte->wire_count == NL3PG) &&
3057             pmap_superpages_enabled() &&
3058             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3059             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3060                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3061         }
3062 #endif
3063
3064         if (lock != NULL)
3065                 rw_wunlock(lock);
3066         PMAP_UNLOCK(pmap);
3067         return (KERN_SUCCESS);
3068 }
3069
3070 /*
3071  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3072  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3073  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3074  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3075  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3076  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3077  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3078  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3079  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3080  * corresponding offset from m_start are mapped.
3081  */
3082 void
3083 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3084     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3085 {
3086         struct rwlock *lock;
3087         vm_offset_t va;
3088         vm_page_t m, mpte;
3089         vm_pindex_t diff, psize;
3090
3091         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3092
3093         psize = atop(end - start);
3094         mpte = NULL;
3095         m = m_start;
3096         lock = NULL;
3097         PMAP_LOCK(pmap);
3098         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3099                 va = start + ptoa(diff);
3100                 mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte, &lock);
3101                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3102         }
3103         if (lock != NULL)
3104                 rw_wunlock(lock);
3105         PMAP_UNLOCK(pmap);
3106 }
3107
3108 /*
3109  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3110  * 1. Current pmap & pmap exists.
3111  * 2. Not wired.
3112  * 3. Read access.
3113  * 4. No page table pages.
3114  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3115  */
3116
3117 void
3118 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3119 {
3120         struct rwlock *lock;
3121
3122         lock = NULL;
3123         PMAP_LOCK(pmap);
3124         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3125         if (lock != NULL)
3126                 rw_wunlock(lock);
3127         PMAP_UNLOCK(pmap);
3128 }
3129
3130 static vm_page_t
3131 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3132     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3133 {
3134         struct spglist free;
3135         pd_entry_t *pde;
3136         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3137         vm_paddr_t pa;
3138         int lvl;
3139
3140         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3141             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3142             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3143         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3144
3145         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3146         /*
3147          * In the case that a page table page is not
3148          * resident, we are creating it here.
3149          */
3150         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3151                 vm_pindex_t l2pindex;
3152
3153                 /*
3154                  * Calculate pagetable page index
3155                  */
3156                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3157                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3158                         mpte->wire_count++;
3159                 } else {
3160                         /*
3161                          * Get the l2 entry
3162                          */
3163                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3164
3165                         /*
3166                          * If the page table page is mapped, we just increment
3167                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3168                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3169                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3170                          */
3171                         if (lvl == 1) {
3172                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3173                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3174                                     L2_BLOCK)
3175                                         return (NULL);
3176                         }
3177                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3178                                 mpte =
3179                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3180                                 mpte->wire_count++;
3181                         } else {
3182                                 /*
3183                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3184                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3185                                  */
3186                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3187                                 if (mpte == NULL)
3188                                         return (mpte);
3189                         }
3190                 }
3191                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3192                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3193         } else {
3194                 mpte = NULL;
3195                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3196                 KASSERT(pde != NULL,
3197                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3198                      va));
3199                 KASSERT(lvl == 2,
3200                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3201                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3202         }
3203
3204         if (pmap_load(l3) != 0) {
3205                 if (mpte != NULL) {
3206                         mpte->wire_count--;
3207                         mpte = NULL;
3208                 }
3209                 return (mpte);
3210         }
3211
3212         /*
3213          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3214          */
3215         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3216             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3217                 if (mpte != NULL) {
3218                         SLIST_INIT(&free);
3219                         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
3220                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3221                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3222                         }
3223                         mpte = NULL;
3224                 }
3225                 return (mpte);
3226         }
3227
3228         /*
3229          * Increment counters
3230          */
3231         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3232
3233         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3234         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3235             ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L3_PAGE;
3236         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3237                 l3_val |= ATTR_XN;
3238         else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3239                 l3_val |= ATTR_PXN;
3240
3241         /*
3242          * Now validate mapping with RO protection
3243          */
3244         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3245                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
3246
3247         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
3248         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3249             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
3250                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3251
3252         pmap_load_store(l3, l3_val);
3253         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3254         return (mpte);
3255 }
3256
3257 /*
3258  * This code maps large physical mmap regions into the
3259  * processor address space.  Note that some shortcuts
3260  * are taken, but the code works.
3261  */
3262 void
3263 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3264     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3265 {
3266
3267         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3268         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3269             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3270 }
3271
3272 /*
3273  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3274  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3275  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3276  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3277  *
3278  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3279  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3280  */
3281 void
3282 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3283 {
3284         vm_offset_t va_next;
3285         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3286         pt_entry_t *l3;
3287
3288         PMAP_LOCK(pmap);
3289         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3290                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3291                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3292                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3293                         if (va_next < sva)
3294                                 va_next = eva;
3295                         continue;
3296                 }
3297
3298                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3299                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3300                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3301                         if (va_next < sva)
3302                                 va_next = eva;
3303                         continue;
3304                 }
3305
3306                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3307                 if (va_next < sva)
3308                         va_next = eva;
3309
3310                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3311                 if (pmap_load(l2) == 0)
3312                         continue;
3313
3314                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3315                         l3 = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
3316                         if (l3 == NULL)
3317                                 continue;
3318                 }
3319                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3320                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
3321
3322                 if (va_next > eva)
3323                         va_next = eva;
3324                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3325                     sva += L3_SIZE) {
3326                         if (pmap_load(l3) == 0)
3327                                 continue;
3328                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3329                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3330                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
3331
3332                         /*
3333                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3334                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3335                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3336                          */
3337                         atomic_clear_long(l3, ATTR_SW_WIRED);
3338                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3339                 }
3340         }
3341         PMAP_UNLOCK(pmap);
3342 }
3343
3344 /*
3345  *      Copy the range specified by src_addr/len
3346  *      from the source map to the range dst_addr/len
3347  *      in the destination map.
3348  *
3349  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3350  */
3351
3352 void
3353 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3354     vm_offset_t src_addr)
3355 {
3356 }
3357
3358 /*
3359  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3360  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3361  */
3362 void
3363 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3364 {
3365         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3366
3367         pagezero((void *)va);
3368 }
3369
3370 /*
3371  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
3372  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3373  *
3374  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3375  */
3376 void
3377 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3378 {
3379         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3380
3381         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3382                 pagezero((void *)va);
3383         else
3384                 bzero((char *)va + off, size);
3385 }
3386
3387 /*
3388  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3389  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3390  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3391  *      time.
3392  */
3393 void
3394 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3395 {
3396         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3397         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3398
3399         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3400 }
3401
3402 int unmapped_buf_allowed = 1;
3403
3404 void
3405 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3406     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3407 {
3408         void *a_cp, *b_cp;
3409         vm_page_t m_a, m_b;
3410         vm_paddr_t p_a, p_b;
3411         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3412         int cnt;
3413
3414         while (xfersize > 0) {
3415                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3416                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3417                 p_a = m_a->phys_addr;
3418                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3419                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3420                 p_b = m_b->phys_addr;
3421                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3422                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3423                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3424                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3425                 } else {
3426                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3427                 }
3428                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3429                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3430                 } else {
3431                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3432                 }
3433                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3434                 a_offset += cnt;
3435                 b_offset += cnt;
3436                 xfersize -= cnt;
3437         }
3438 }
3439
3440 vm_offset_t
3441 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3442 {
3443
3444         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3445 }
3446
3447 void
3448 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3449 {
3450 }
3451
3452 /*
3453  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3454  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3455  * be changed upwards or downwards in the future; it
3456  * is only necessary that true be returned for a small
3457  * subset of pmaps for proper page aging.
3458  */
3459 boolean_t
3460 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3461 {
3462         struct md_page *pvh;
3463         struct rwlock *lock;
3464         pv_entry_t pv;
3465         int loops = 0;
3466         boolean_t rv;
3467
3468         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3469             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3470         rv = FALSE;
3471         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3472         rw_rlock(lock);
3473         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3474                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3475                         rv = TRUE;
3476                         break;
3477                 }
3478                 loops++;
3479                 if (loops >= 16)
3480                         break;
3481         }
3482         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3483                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3484                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3485                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3486                                 rv = TRUE;
3487                                 break;
3488                         }
3489                         loops++;
3490                         if (loops >= 16)
3491                                 break;
3492                 }
3493         }
3494         rw_runlock(lock);
3495         return (rv);
3496 }
3497
3498 /*
3499  *      pmap_page_wired_mappings:
3500  *
3501  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3502  *      that are wired.
3503  */
3504 int
3505 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3506 {
3507         struct rwlock *lock;
3508         struct md_page *pvh;
3509         pmap_t pmap;
3510         pt_entry_t *pte;
3511         pv_entry_t pv;
3512         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
3513
3514         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3515                 return (0);
3516         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3517         rw_rlock(lock);
3518 restart:
3519         count = 0;
3520         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3521                 pmap = PV_PMAP(pv);
3522                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3523                         md_gen = m->md.pv_gen;
3524                         rw_runlock(lock);
3525                         PMAP_LOCK(pmap);
3526                         rw_rlock(lock);
3527                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3528                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3529                                 goto restart;
3530                         }
3531                 }
3532                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3533                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3534                         count++;
3535                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3536         }
3537         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3538                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3539                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3540                         pmap = PV_PMAP(pv);
3541                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3542                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3543                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3544                                 rw_runlock(lock);
3545                                 PMAP_LOCK(pmap);
3546                                 rw_rlock(lock);
3547                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3548                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3549                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3550                                         goto restart;
3551                                 }
3552                         }
3553                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3554                         if (pte != NULL &&
3555                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3556                                 count++;
3557                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3558                 }
3559         }
3560         rw_runlock(lock);
3561         return (count);
3562 }
3563
3564 /*
3565  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3566  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3567  * caller.
3568  *
3569  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3570  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3571  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3572  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3573  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3574  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3575  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3576  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3577  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3578  * this function starts.
3579  */
3580 void
3581 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3582 {
3583         pd_entry_t *pde;
3584         pt_entry_t *pte, tpte;
3585         struct spglist free;
3586         vm_page_t m, ml3, mt;
3587         pv_entry_t pv;
3588         struct md_page *pvh;
3589         struct pv_chunk *pc, *npc;
3590         struct rwlock *lock;
3591         int64_t bit;
3592         uint64_t inuse, bitmask;
3593         int allfree, field, freed, idx, lvl;
3594         vm_paddr_t pa;
3595
3596         lock = NULL;
3597
3598         SLIST_INIT(&free);
3599         PMAP_LOCK(pmap);
3600         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3601                 allfree = 1;
3602                 freed = 0;
3603                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3604                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3605                         while (inuse != 0) {
3606                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3607                                 bitmask = 1UL << bit;
3608                                 idx = field * 64 + bit;
3609                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3610                                 inuse &= ~bitmask;
3611
3612                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3613                                 KASSERT(pde != NULL,
3614                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
3615
3616                                 switch(lvl) {
3617                                 case 1:
3618                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
3619                                         tpte = pmap_load(pte); 
3620                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3621                                             L2_BLOCK,
3622                                             ("Attempting to remove an invalid "
3623                                             "block: %lx", tpte));
3624                                         tpte = pmap_load(pte);
3625                                         break;
3626                                 case 2:
3627                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3628                                         tpte = pmap_load(pte);
3629                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3630                                             L3_PAGE,
3631                                             ("Attempting to remove an invalid "
3632                                              "page: %lx", tpte));
3633                                         break;
3634                                 default:
3635                                         panic(
3636                                             "Invalid page directory level: %d",
3637                                             lvl);
3638                                 }
3639
3640 /*
3641  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3642  */
3643                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
3644                                         allfree = 0;
3645                                         continue;
3646                                 }
3647
3648                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
3649
3650                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3651                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
3652                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
3653                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
3654                                     (uintmax_t)tpte));
3655
3656                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3657                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3658                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3659                                     (uintmax_t)tpte));
3660
3661                                 pmap_load_clear(pte);
3662
3663                                 /*
3664                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3665                                  */
3666                                 if ((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) ==
3667                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3668                                         switch (lvl) {
3669                                         case 1:
3670                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3671                                                         vm_page_dirty(m);
3672                                                 break;
3673                                         case 2:
3674                                                 vm_page_dirty(m);
3675                                                 break;
3676                                         }
3677                                 }
3678
3679                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3680
3681                                 /* Mark free */
3682                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3683                                 switch (lvl) {
3684                                 case 1:
3685                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
3686                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3687                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
3688                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
3689                                         pvh->pv_gen++;
3690                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3691                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3692                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3693                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
3694                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3695                                         }
3696                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
3697                                             pv->pv_va);
3698                                         if (ml3 != NULL) {
3699                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
3700                                                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
3701                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
3702                                                 ml3->wire_count = 1;
3703                                                 vm_page_unwire_noq(ml3);
3704                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
3705                                                     &free, FALSE);
3706                                         }
3707                                         break;
3708                                 case 2:
3709                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3710                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
3711                                             pv_next);
3712                                         m->md.pv_gen++;
3713                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3714                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3715                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3716                                                 pvh = pa_to_pvh(
3717                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3718                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3719                                                         vm_page_aflag_clear(m,
3720                                                             PGA_WRITEABLE);
3721                                         }
3722                                         break;
3723                                 }
3724                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
3725                                     &free);
3726                                 freed++;
3727                         }
3728                 }
3729                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3730                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3731                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3732                 if (allfree) {
3733                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3734                         free_pv_chunk(pc);
3735                 }
3736         }
3737         pmap_invalidate_all(pmap);
3738         if (lock != NULL)
3739                 rw_wunlock(lock);
3740         PMAP_UNLOCK(pmap);
3741         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3742 }
3743
3744 /*
3745  * This is used to check if a page has been accessed or modified. As we
3746  * don't have a bit to see if it has been modified we have to assume it
3747  * has been if the page is read/write.
3748  */
3749 static boolean_t
3750 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3751 {
3752         struct rwlock *lock;
3753         pv_entry_t pv;
3754         struct md_page *pvh;
3755         pt_entry_t *pte, mask, value;
3756         pmap_t pmap;
3757         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3758         boolean_t rv;
3759
3760         rv = FALSE;
3761         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3762         rw_rlock(lock);
3763 restart:
3764         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3765                 pmap = PV_PMAP(pv);
3766                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3767                         md_gen = m->md.pv_gen;
3768                         rw_runlock(lock);
3769                         PMAP_LOCK(pmap);
3770                         rw_rlock(lock);
3771                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3772                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3773                                 goto restart;
3774                         }
3775                 }
3776                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3777                 KASSERT(lvl == 3,
3778                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3779                 mask = 0;
3780                 value = 0;
3781                 if (modified) {
3782                         mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3783                         value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3784                 }
3785                 if (accessed) {
3786                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3787                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
3788                 }
3789                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3790                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3791                 if (rv)
3792                         goto out;
3793         }
3794         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3795                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3796                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3797                         pmap = PV_PMAP(pv);
3798                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3799                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3800                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3801                                 rw_runlock(lock);
3802                                 PMAP_LOCK(pmap);
3803                                 rw_rlock(lock);
3804                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3805                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3806                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3807                                         goto restart;
3808                                 }
3809                         }
3810                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3811                         KASSERT(lvl == 2,
3812                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3813                         mask = 0;
3814                         value = 0;
3815                         if (modified) {
3816                                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3817                                 value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3818                         }
3819                         if (accessed) {
3820                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3821                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
3822                         }
3823                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3824                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3825                         if (rv)
3826                                 goto out;
3827                 }
3828         }
3829 out:
3830         rw_runlock(lock);
3831         return (rv);
3832 }
3833
3834 /*
3835  *      pmap_is_modified:
3836  *
3837  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3838  *      in any physical maps.
3839  */
3840 boolean_t
3841 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3842 {
3843
3844         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3845             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3846
3847         /*
3848          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3849          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
3850          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
3851          */
3852         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3853         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3854                 return (FALSE);
3855         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3856 }
3857
3858 /*
3859  *      pmap_is_prefaultable:
3860  *
3861  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3862  *      for prefault.
3863  */
3864 boolean_t
3865 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3866 {
3867         pt_entry_t *pte;
3868         boolean_t rv;
3869         int lvl;
3870
3871         rv = FALSE;
3872         PMAP_LOCK(pmap);
3873         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
3874         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
3875                 rv = TRUE;
3876         }
3877         PMAP_UNLOCK(pmap);
3878         return (rv);
3879 }
3880
3881 /*
3882  *      pmap_is_referenced:
3883  *
3884  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3885  *      in any physical maps.
3886  */
3887 boolean_t
3888 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3889 {
3890
3891         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3892             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3893         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3894 }
3895
3896 /*
3897  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3898  */
3899 void
3900 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3901 {
3902         struct md_page *pvh;
3903         pmap_t pmap;
3904         struct rwlock *lock;
3905         pv_entry_t next_pv, pv;
3906         pt_entry_t oldpte, *pte;
3907         vm_offset_t va;
3908         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3909
3910         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3911             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3912
3913         /*
3914          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3915          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
3916          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
3917          */
3918         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3919         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3920                 return;
3921         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3922         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3923             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3924 retry_pv_loop:
3925         rw_wlock(lock);
3926         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3927                 pmap = PV_PMAP(pv);
3928                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3929                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3930                         rw_wunlock(lock);
3931                         PMAP_LOCK(pmap);
3932                         rw_wlock(lock);
3933                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3934                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3935                                 rw_wunlock(lock);
3936                                 goto retry_pv_loop;
3937                         }
3938                 }
3939                 va = pv->pv_va;
3940                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3941                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
3942                         pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va & ~L2_OFFSET,
3943                             &lock);
3944                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3945                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3946                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3947                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3948         }
3949         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3950                 pmap = PV_PMAP(pv);
3951                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3952                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3953                         md_gen = m->md.pv_gen;
3954                         rw_wunlock(lock);
3955                         PMAP_LOCK(pmap);
3956                         rw_wlock(lock);
3957                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
3958                             md_gen != m->md.pv_gen) {
3959                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3960                                 rw_wunlock(lock);
3961                                 goto retry_pv_loop;
3962                         }
3963                 }
3964                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3965 retry:
3966                 oldpte = pmap_load(pte);
3967                 if ((oldpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3968                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte,
3969                             oldpte | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
3970                                 goto retry;
3971                         if ((oldpte & ATTR_AF) != 0)
3972                                 vm_page_dirty(m);
3973                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3974                 }
3975                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3976         }
3977         rw_wunlock(lock);
3978         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3979 }
3980
3981 static __inline boolean_t
3982 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
3983 {
3984
3985         return (FALSE);
3986 }
3987
3988 /*
3989  *      pmap_ts_referenced:
3990  *
3991  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3992  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3993  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3994  *      reference bits set.
3995  *
3996  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3997  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3998  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3999  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4000  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4001  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4002  *      to pmap_is_modified().
4003  */
4004 int
4005 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4006 {
4007         struct md_page *pvh;
4008         pv_entry_t pv, pvf;
4009         pmap_t pmap;
4010         struct rwlock *lock;
4011         pd_entry_t *pde, tpde;
4012         pt_entry_t *pte, tpte;
4013         pt_entry_t *l3;
4014         vm_offset_t va;
4015         vm_paddr_t pa;
4016         int cleared, md_gen, not_cleared, lvl, pvh_gen;
4017         struct spglist free;
4018         bool demoted;
4019
4020         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4021             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4022         SLIST_INIT(&free);
4023         cleared = 0;
4024         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4025         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4026         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4027         rw_wlock(lock);
4028 retry:
4029         not_cleared = 0;
4030         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4031                 goto small_mappings;
4032         pv = pvf;
4033         do {
4034                 if (pvf == NULL)
4035                         pvf = pv;
4036                 pmap = PV_PMAP(pv);
4037                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4038                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4039                         rw_wunlock(lock);
4040                         PMAP_LOCK(pmap);
4041                         rw_wlock(lock);
4042                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4043                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4044                                 goto retry;
4045                         }
4046                 }
4047                 va = pv->pv_va;
4048                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4049                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4050                 KASSERT(lvl == 1,
4051                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4052                 tpde = pmap_load(pde);
4053                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4054                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4055                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4056                 tpte = pmap_load(pte);
4057                 if (pmap_page_dirty(tpte)) {
4058                         /*
4059                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4060                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4061                          * we only update the 4KB page under test.
4062                          */
4063                         vm_page_dirty(m);
4064                 }
4065                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4066                         /*
4067                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
4068                          * pages, it should not be cleared every time it is
4069                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
4070                          * physical page number, the virtual superpage number,
4071                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
4072                          * the 512 on which testing the reference bit will
4073                          * result in clearing that reference bit.  This
4074                          * function is designed to avoid the selection of the
4075                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
4076                          *
4077                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4078                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4079                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4080                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4081                          * since the superpage is wired, the current state of
4082                          * its reference bit won't affect page replacement.
4083                          */
4084                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4085                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4086                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4087                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4088                                         /*
4089                                          * TODO: We don't handle the access
4090                                          * flag at all. We need to be able
4091                                          * to set it in  the exception handler.
4092                                          */
4093                                         panic("ARM64TODO: "
4094                                             "safe_to_clear_referenced\n");
4095                                 } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, pte,
4096                                     pv->pv_va, &lock) != NULL) {
4097                                         demoted = true;
4098                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) -
4099                                             (tpte & ~ATTR_MASK);
4100                                         l3 = pmap_l2_to_l3(pte, va);
4101                                         pmap_remove_l3(pmap, l3, va,
4102                                             pmap_load(pte), NULL, &lock);
4103                                 } else
4104                                         demoted = true;
4105
4106                                 if (demoted) {
4107                                         /*
4108                                          * The superpage mapping was removed
4109                                          * entirely and therefore 'pv' is no
4110                                          * longer valid.
4111                                          */
4112                                         if (pvf == pv)
4113                                                 pvf = NULL;
4114                                         pv = NULL;
4115                                 }
4116                                 cleared++;
4117                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4118                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4119                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4120                         } else
4121                                 not_cleared++;
4122                 }
4123                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4124                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4125                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4126                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4127                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4128                         pvh->pv_gen++;
4129                 }
4130                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4131                         goto out;
4132         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4133 small_mappings:
4134         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4135                 goto out;
4136         pv = pvf;
4137         do {
4138                 if (pvf == NULL)
4139                         pvf = pv;
4140                 pmap = PV_PMAP(pv);
4141                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4142                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4143                         md_gen = m->md.pv_gen;
4144                         rw_wunlock(lock);
4145                         PMAP_LOCK(pmap);
4146                         rw_wlock(lock);
4147                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4148                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4149                                 goto retry;
4150                         }
4151                 }
4152                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4153                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4154                 KASSERT(lvl == 2,
4155                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4156                 tpde = pmap_load(pde);
4157                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4158                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4159                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4160                 tpte = pmap_load(pte);
4161                 if (pmap_page_dirty(tpte))
4162                         vm_page_dirty(m);
4163                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4164                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4165                                 /*
4166                                  * TODO: We don't handle the access flag
4167                                  * at all. We need to be able to set it in
4168                                  * the exception handler.
4169                                  */
4170                                 panic("ARM64TODO: safe_to_clear_referenced\n");
4171                         } else if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4172                                 /*
4173                                  * Wired pages cannot be paged out so
4174                                  * doing accessed bit emulation for
4175                                  * them is wasted effort. We do the
4176                                  * hard work for unwired pages only.
4177                                  */
4178                                 pmap_remove_l3(pmap, pte, pv->pv_va, tpde,
4179                                     &free, &lock);
4180                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4181                                 cleared++;
4182                                 if (pvf == pv)
4183                                         pvf = NULL;
4184                                 pv = NULL;
4185                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4186                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4187                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4188                         } else
4189                                 not_cleared++;
4190                 }
4191                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4192                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4193                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4194                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4195                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4196                         m->md.pv_gen++;
4197                 }
4198         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4199             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4200 out:
4201         rw_wunlock(lock);
4202         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4203         return (cleared + not_cleared);
4204 }
4205
4206 /*
4207  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4208  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4209  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4210  */
4211 void
4212 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4213 {
4214 }
4215
4216 /*
4217  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4218  */
4219 void
4220 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4221 {
4222
4223         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4224             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4225         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4226         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
4227             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
4228
4229         /*
4230          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4231          * If the object containing the page is locked and the page is not
4232          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4233          */
4234         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4235                 return;
4236
4237         /* ARM64TODO: We lack support for tracking if a page is modified */
4238 }
4239
4240 void *
4241 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4242 {
4243
4244         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4245 }
4246
4247 void
4248 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4249 {
4250 }
4251
4252 /*
4253  * Sets the memory attribute for the specified page.
4254  */
4255 void
4256 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4257 {
4258
4259         m->md.pv_memattr = ma;
4260
4261         /*
4262          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4263          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4264          * required for data coherence.
4265          */
4266         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4267             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4268             m->md.pv_memattr) != 0)
4269                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4270 }
4271
4272 /*
4273  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4274  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4275  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4276  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4277  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4278  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4279  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4280  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4281  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4282  * same physical page have different memory types.
4283  *
4284  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4285  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4286  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4287  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4288  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4289  * virtual address range or the direct map.
4290  */
4291 static int
4292 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4293 {
4294         int error;
4295
4296         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4297         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4298         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4299         return (error);
4300 }
4301
4302 static int
4303 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4304 {
4305         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4306         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
4307         int lvl;
4308
4309         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4310         base = trunc_page(va);
4311         offset = va & PAGE_MASK;
4312         size = round_page(offset + size);
4313
4314         if (!VIRT_IN_DMAP(base))
4315                 return (EINVAL);
4316
4317         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4318                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
4319                 if (pte == NULL)
4320                         return (EINVAL);
4321
4322                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_IDX_MASK) == ATTR_IDX(mode)) {
4323                         /*
4324                          * We already have the correct attribute,
4325                          * ignore this entry.
4326                          */
4327                         switch (lvl) {
4328                         default:
4329                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4330                         case 1:
4331                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
4332                                 break;
4333                         case 2:
4334                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
4335                                 break;
4336                         case 3:
4337                                 tmpva += PAGE_SIZE;
4338                                 break;
4339                         }
4340                 } else {
4341                         /*
4342                          * Split the entry to an level 3 table, then
4343                          * set the new attribute.
4344                          */
4345                         switch (lvl) {
4346                         default:
4347                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4348                         case 1:
4349                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
4350                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
4351                                 if (newpte == NULL)
4352                                         return (EINVAL);
4353                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
4354                         case 2:
4355                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
4356                                     tmpva & ~L2_OFFSET);
4357                                 if (newpte == NULL)
4358                                         return (EINVAL);
4359                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
4360                         case 3:
4361                                 /* Update the entry */
4362                                 l3 = pmap_load(pte);
4363                                 l3 &= ~ATTR_IDX_MASK;
4364                                 l3 |= ATTR_IDX(mode);
4365                                 if (mode == DEVICE_MEMORY)
4366                                         l3 |= ATTR_XN;
4367
4368                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
4369                                     PAGE_SIZE);
4370
4371                                 /*
4372                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
4373                                  * the cache.
4374                                  */
4375                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
4376                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
4377
4378                                 break;
4379                         }
4380                         tmpva += PAGE_SIZE;
4381                 }
4382         }
4383
4384         return (0);
4385 }
4386
4387 /*
4388  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
4389  */
4390 static pt_entry_t *
4391 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
4392 {
4393         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
4394         vm_offset_t tmpl1;
4395         vm_paddr_t l2phys, phys;
4396         vm_page_t ml2;
4397         int i;
4398
4399         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4400         oldl1 = pmap_load(l1);
4401         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
4402             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
4403         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
4404             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
4405         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
4406             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
4407
4408         tmpl1 = 0;
4409         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
4410                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4411                 if (tmpl1 == 0)
4412                         return (NULL);
4413         }
4414
4415         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4416             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4417                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
4418                     " in pmap %p", va, pmap);
4419                 return (NULL);
4420         }
4421
4422         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
4423         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
4424
4425         /* Address the range points at */
4426         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
4427         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
4428         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
4429
4430         /* Create the new entries */
4431         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4432                 l2[i] = newl2 | phys;
4433                 phys += L2_SIZE;
4434         }
4435         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
4436             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
4437             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
4438
4439         if (tmpl1 != 0) {
4440                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
4441                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4442                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
4443         }
4444
4445         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4446
4447         if (tmpl1 != 0) {
4448                 pmap_kremove(tmpl1);
4449                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
4450         }
4451
4452         return (l2);
4453 }
4454
4455 /*
4456  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
4457  */
4458 static pt_entry_t *
4459 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
4460     struct rwlock **lockp)
4461 {
4462         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
4463         vm_offset_t tmpl2;
4464         vm_paddr_t l3phys, phys;
4465         vm_page_t ml3;
4466         int i;
4467
4468         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4469         l3 = NULL;
4470         oldl2 = pmap_load(l2);
4471         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
4472             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
4473         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
4474             ("pmap_demote_l2: Invalid virtual address %#lx", va));
4475
4476         tmpl2 = 0;
4477         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
4478                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4479                 if (tmpl2 == 0)
4480                         return (NULL);
4481         }
4482
4483         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
4484                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
4485                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4486                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4487                 if (ml3 == NULL) {
4488                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
4489                             " in pmap %p", va, pmap);
4490                         goto fail;
4491                 }
4492                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4493                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4494         }
4495
4496         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
4497         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
4498
4499         /* Address the range points at */
4500         phys = oldl2 & ~ATTR_MASK;
4501         /* The attributed from the old l2 table to be copied */
4502         newl3 = (oldl2 & (ATTR_MASK & ~ATTR_DESCR_MASK)) | L3_PAGE;
4503
4504         /*
4505          * If the page table page is new, initialize it.
4506          */
4507         if (ml3->wire_count == 1) {
4508                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4509                         l3[i] = newl3 | phys;
4510                         phys += L3_SIZE;
4511                 }
4512         }
4513         KASSERT(l3[0] == ((oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE),
4514             ("Invalid l3 page (%lx != %lx)", l3[0],
4515             (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE));
4516
4517         /*
4518          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
4519          */
4520         if (tmpl2 != 0) {
4521                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
4522                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4523                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
4524         }
4525
4526         /*
4527          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4528          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4529          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
4530          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4531          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
4532          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4533          */
4534         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4535                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
4536
4537         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4538
4539         /*
4540          * Demote the PV entry.
4541          */
4542         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4543                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4544
4545         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
4546         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
4547             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
4548
4549 fail:
4550         if (tmpl2 != 0) {
4551                 pmap_kremove(tmpl2);
4552                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
4553         }
4554
4555         return (l3);
4556
4557 }
4558
4559 static pt_entry_t *
4560 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
4561 {
4562         struct rwlock *lock;
4563         pt_entry_t *l3;
4564
4565         lock = NULL;
4566         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
4567         if (lock != NULL)
4568                 rw_wunlock(lock);
4569         return (l3);
4570 }
4571
4572 /*
4573  * perform the pmap work for mincore
4574  */
4575 int
4576 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
4577 {
4578         pd_entry_t *l1p, l1;
4579         pd_entry_t *l2p, l2;
4580         pt_entry_t *l3p, l3;
4581         vm_paddr_t pa;
4582         bool managed;
4583         int val;
4584
4585         PMAP_LOCK(pmap);
4586 retry:
4587         pa = 0;
4588         val = 0;
4589         managed = false;
4590
4591         l1p = pmap_l1(pmap, addr);
4592         if (l1p == NULL) /* No l1 */
4593                 goto done;
4594
4595         l1 = pmap_load(l1p);
4596         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_INVAL)
4597                 goto done;
4598
4599         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4600                 pa = (l1 & ~ATTR_MASK) | (addr & L1_OFFSET);
4601                 managed = (l1 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4602                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4603                 if (pmap_page_dirty(l1))
4604                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4605                 if ((l1 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4606                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4607                 goto done;
4608         }
4609
4610         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, addr);
4611         if (l2p == NULL) /* No l2 */
4612                 goto done;
4613
4614         l2 = pmap_load(l2p);
4615         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_INVAL)
4616                 goto done;
4617
4618         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4619                 pa = (l2 & ~ATTR_MASK) | (addr & L2_OFFSET);
4620                 managed = (l2 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4621                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4622                 if (pmap_page_dirty(l2))
4623                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4624                 if ((l2 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4625                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4626                 goto done;
4627         }
4628
4629         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, addr);
4630         if (l3p == NULL) /* No l3 */
4631                 goto done;
4632
4633         l3 = pmap_load(l2p);
4634         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_INVAL)
4635                 goto done;
4636
4637         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) {
4638                 pa = (l3 & ~ATTR_MASK) | (addr & L3_OFFSET);
4639                 managed = (l3 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4640                 val = MINCORE_INCORE;
4641                 if (pmap_page_dirty(l3))
4642                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4643                 if ((l3 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4644                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4645         }
4646
4647 done:
4648         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4649             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4650                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
4651                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
4652                         goto retry;
4653         } else
4654                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
4655         PMAP_UNLOCK(pmap);
4656
4657         return (val);
4658 }
4659
4660 void
4661 pmap_activate(struct thread *td)
4662 {
4663         pmap_t  pmap;
4664
4665         critical_enter();
4666         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4667         td->td_proc->p_md.md_l0addr = vtophys(pmap->pm_l0);
4668         __asm __volatile("msr ttbr0_el1, %0" : :
4669             "r"(td->td_proc->p_md.md_l0addr));
4670         pmap_invalidate_all(pmap);
4671         critical_exit();
4672 }
4673
4674 struct pcb *
4675 pmap_switch(struct thread *old, struct thread *new)
4676 {
4677         pcpu_bp_harden bp_harden;
4678         struct pcb *pcb;
4679
4680         /* Store the new curthread */
4681         PCPU_SET(curthread, new);
4682
4683         /* And the new pcb */
4684         pcb = new->td_pcb;
4685         PCPU_SET(curpcb, pcb);
4686
4687         /*
4688          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
4689          * to a user process.
4690          */
4691
4692         if (old == NULL ||
4693             old->td_proc->p_md.md_l0addr != new->td_proc->p_md.md_l0addr) {
4694                 __asm __volatile(
4695                     /* Switch to the new pmap */
4696                     "msr        ttbr0_el1, %0   \n"
4697                     "isb                        \n"
4698
4699                     /* Invalidate the TLB */
4700                     "dsb        ishst           \n"
4701                     "tlbi       vmalle1is       \n"
4702                     "dsb        ish             \n"
4703                     "isb                        \n"
4704                     : : "r"(new->td_proc->p_md.md_l0addr));
4705
4706                 /*
4707                  * Stop userspace from training the branch predictor against
4708                  * other processes. This will call into a CPU specific
4709                  * function that clears the branch predictor state.
4710                  */
4711                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
4712                 if (bp_harden != NULL)
4713                         bp_harden();
4714         }
4715
4716         return (pcb);
4717 }
4718
4719 void
4720 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4721 {
4722
4723         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4724                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
4725         } else {
4726                 u_int len, offset;
4727                 vm_paddr_t pa;
4728
4729                 /* Find the length of data in this page to flush */
4730                 offset = va & PAGE_MASK;
4731                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
4732
4733                 while (sz != 0) {
4734                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
4735                         pa = pmap_extract(pmap, va);
4736                         if (pa != 0)
4737                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
4738
4739                         /* Move to the next page */
4740                         sz -= len;
4741                         va += len;
4742                         /* Set the length for the next iteration */
4743                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
4744                 }
4745         }
4746 }
4747
4748 int
4749 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
4750 {
4751 #ifdef SMP
4752         register_t intr;
4753         uint64_t par;
4754
4755         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
4756         case EXCP_INSN_ABORT_L:
4757         case EXCP_INSN_ABORT:
4758         case EXCP_DATA_ABORT_L:
4759         case EXCP_DATA_ABORT:
4760                 break;
4761         default:
4762                 return (KERN_FAILURE);
4763         }
4764
4765         /* Data and insn aborts use same encoding for FCS field. */
4766         PMAP_LOCK(pmap);
4767         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
4768         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
4769         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
4770         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
4771         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
4772                 /* Ask the MMU to check the address */
4773                 intr = intr_disable();
4774                 if (pmap == kernel_pmap)
4775                         par = arm64_address_translate_s1e1r(far);
4776                 else
4777                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
4778                 intr_restore(intr);
4779
4780                 /*
4781                  * If the translation was successful the address was invalid
4782                  * due to a break-before-make sequence. We can unlock and
4783                  * return success to the trap handler.
4784                  */
4785                 if (PAR_SUCCESS(par)) {
4786                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4787                         return (KERN_SUCCESS);
4788                 }
4789                 break;
4790         default:
4791                 break;
4792         }
4793         PMAP_UNLOCK(pmap);
4794 #endif
4795
4796         return (KERN_FAILURE);
4797 }
4798
4799 /*
4800  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4801  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4802  */
4803 void
4804 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4805     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4806 {
4807         vm_offset_t superpage_offset;
4808
4809         if (size < L2_SIZE)
4810                 return;
4811         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4812                 offset += ptoa(object->pg_color);
4813         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4814         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4815             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4816                 return;
4817         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4818                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4819         else
4820                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4821 }
4822
4823 /**
4824  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4825  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4826  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4827  *
4828  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4829  *                    address on the kernel memory map.
4830  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4831  *                    of the pages passed in the page parameter.
4832  * \param count       Number of pages passed in.
4833  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4834  *                    page faults, FALSE otherwise.
4835  *
4836  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4837  *          finished or FALSE otherwise.
4838  *
4839  */
4840 boolean_t
4841 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4842     boolean_t can_fault)
4843 {
4844         vm_paddr_t paddr;
4845         boolean_t needs_mapping;
4846         int error, i;
4847
4848         /*
4849          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4850          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4851          */
4852         needs_mapping = FALSE;
4853         for (i = 0; i < count; i++) {
4854                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4855                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
4856                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4857                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4858                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4859                         needs_mapping = TRUE;
4860                 } else {
4861                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4862                 }
4863         }
4864
4865         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4866         if (!needs_mapping)
4867                 return (FALSE);
4868
4869         if (!can_fault)
4870                 sched_pin();
4871         for (i = 0; i < count; i++) {
4872                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4873                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
4874                         panic(
4875                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4876                 }
4877         }
4878
4879         return (needs_mapping);
4880 }
4881
4882 void
4883 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4884     boolean_t can_fault)
4885 {
4886         vm_paddr_t paddr;
4887         int i;
4888
4889         if (!can_fault)
4890                 sched_unpin();
4891         for (i = 0; i < count; i++) {
4892                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4893                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
4894                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4895                 }
4896         }
4897 }