Replace the global VM page hash table with a per-VM-object RB tree. No
[dragonfly.git] / sys / platform / pc32 / i386 / pmap.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  *
9  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
10  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
11  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
12  *
13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
14  * modification, are permitted provided that the following conditions
15  * are met:
16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
21  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
22  *    must display the following acknowledgement:
23  *      This product includes software developed by the University of
24  *      California, Berkeley and its contributors.
25  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
26  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
27  *    without specific prior written permission.
28  *
29  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
30  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
31  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
32  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
33  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
34  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
35  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
36  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
37  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
38  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
39  * SUCH DAMAGE.
40  *
41  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/pmap.c,v 1.250.2.18 2002/03/06 22:48:53 silby Exp $
43  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/i386/pmap.c,v 1.62 2006/12/02 23:13:45 dillon Exp $
44  */
45
46 /*
47  *      Manages physical address maps.
48  *
49  *      In addition to hardware address maps, this
50  *      module is called upon to provide software-use-only
51  *      maps which may or may not be stored in the same
52  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
53  *      used to store intermediate results from copy
54  *      operations to and from address spaces.
55  *
56  *      Since the information managed by this module is
57  *      also stored by the logical address mapping module,
58  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
59  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
60  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
61  *      requested.
62  *
63  *      In order to cope with hardware architectures which
64  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
65  *      this module may delay invalidate or reduced protection
66  *      operations until such time as they are actually
67  *      necessary.  This module is given full information as
68  *      to which processors are currently using which maps,
69  *      and to when physical maps must be made correct.
70  */
71
72 #include "opt_disable_pse.h"
73 #include "opt_pmap.h"
74 #include "opt_msgbuf.h"
75
76 #include <sys/param.h>
77 #include <sys/systm.h>
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/proc.h>
80 #include <sys/msgbuf.h>
81 #include <sys/vmmeter.h>
82 #include <sys/mman.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_param.h>
86 #include <sys/sysctl.h>
87 #include <sys/lock.h>
88 #include <vm/vm_kern.h>
89 #include <vm/vm_page.h>
90 #include <vm/vm_map.h>
91 #include <vm/vm_object.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/vm_pageout.h>
94 #include <vm/vm_pager.h>
95 #include <vm/vm_zone.h>
96
97 #include <sys/user.h>
98 #include <sys/thread2.h>
99
100 #include <machine/cputypes.h>
101 #include <machine/md_var.h>
102 #include <machine/specialreg.h>
103 #include <machine/smp.h>
104 #include <machine_base/apic/apicreg.h>
105 #include <machine/globaldata.h>
106 #include <machine/pmap.h>
107 #include <machine/pmap_inval.h>
108
109 #define PMAP_KEEP_PDIRS
110 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
111 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
112 #endif
113
114 #if defined(DIAGNOSTIC)
115 #define PMAP_DIAGNOSTIC
116 #endif
117
118 #define MINPV 2048
119
120 #if !defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
121 #define PMAP_INLINE __inline
122 #else
123 #define PMAP_INLINE
124 #endif
125
126 /*
127  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
128  */
129 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
130 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
131
132 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
133 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
134 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
135 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
136 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
137
138
139 /*
140  * Given a map and a machine independent protection code,
141  * convert to a vax protection code.
142  */
143 #define pte_prot(m, p)          \
144         (protection_codes[p & (VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)])
145 static int protection_codes[8];
146
147 static struct pmap kernel_pmap_store;
148 static TAILQ_HEAD(,pmap)        pmap_list = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pmap_list);
149
150 pmap_t kernel_pmap;
151
152 vm_paddr_t avail_start; /* PA of first available physical page */
153 vm_paddr_t avail_end;           /* PA of last available physical page */
154 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
155 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
156 static boolean_t pmap_initialized = FALSE;      /* Has pmap_init completed? */
157 static int pgeflag;             /* PG_G or-in */
158 static int pseflag;             /* PG_PS or-in */
159
160 static vm_object_t kptobj;
161
162 static int nkpt;
163 vm_offset_t kernel_vm_end;
164
165 /*
166  * Data for the pv entry allocation mechanism
167  */
168 static vm_zone_t pvzone;
169 static struct vm_zone pvzone_store;
170 static struct vm_object pvzone_obj;
171 static int pv_entry_count=0, pv_entry_max=0, pv_entry_high_water=0;
172 static int pmap_pagedaemon_waken = 0;
173 static struct pv_entry *pvinit;
174
175 /*
176  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
177  */
178 pt_entry_t *CMAP1 = 0, *ptmmap;
179 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
180 static pt_entry_t *msgbufmap;
181 struct msgbuf *msgbufp=0;
182
183 /*
184  * Crashdump maps.
185  */
186 static pt_entry_t *pt_crashdumpmap;
187 static caddr_t crashdumpmap;
188
189 extern pt_entry_t *SMPpt;
190
191 static PMAP_INLINE void free_pv_entry (pv_entry_t pv);
192 static unsigned * get_ptbase (pmap_t pmap);
193 static pv_entry_t get_pv_entry (void);
194 static void     i386_protection_init (void);
195 static __inline void    pmap_changebit (vm_page_t m, int bit, boolean_t setem);
196
197 static void     pmap_remove_all (vm_page_t m);
198 static vm_page_t pmap_enter_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
199                                       vm_page_t m, vm_page_t mpte);
200 static int pmap_remove_pte (struct pmap *pmap, unsigned *ptq, 
201                                 vm_offset_t sva, pmap_inval_info_t info);
202 static void pmap_remove_page (struct pmap *pmap, 
203                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
204 static int pmap_remove_entry (struct pmap *pmap, vm_page_t m,
205                                 vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info);
206 static boolean_t pmap_testbit (vm_page_t m, int bit);
207 static void pmap_insert_entry (pmap_t pmap, vm_offset_t va,
208                 vm_page_t mpte, vm_page_t m);
209
210 static vm_page_t pmap_allocpte (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
211
212 static int pmap_release_free_page (pmap_t pmap, vm_page_t p);
213 static vm_page_t _pmap_allocpte (pmap_t pmap, unsigned ptepindex);
214 static unsigned * pmap_pte_quick (pmap_t pmap, vm_offset_t va);
215 static vm_page_t pmap_page_lookup (vm_object_t object, vm_pindex_t pindex);
216 static int pmap_unuse_pt (pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t, pmap_inval_info_t);
217 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
218
219 static unsigned pdir4mb;
220
221 /*
222  * Move the kernel virtual free pointer to the next
223  * 4MB.  This is used to help improve performance
224  * by using a large (4MB) page for much of the kernel
225  * (.text, .data, .bss)
226  */
227 static vm_offset_t
228 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
229 {
230         vm_offset_t newaddr = addr;
231 #ifndef DISABLE_PSE
232         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
233                 newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
234         }
235 #endif
236         return newaddr;
237 }
238
239 /*
240  * pmap_pte:
241  *
242  *      Extract the page table entry associated with the given map/virtual
243  *      pair.
244  *
245  *      This function may NOT be called from an interrupt.
246  */
247 PMAP_INLINE unsigned *
248 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
249 {
250         unsigned *pdeaddr;
251
252         if (pmap) {
253                 pdeaddr = (unsigned *) pmap_pde(pmap, va);
254                 if (*pdeaddr & PG_PS)
255                         return pdeaddr;
256                 if (*pdeaddr) {
257                         return get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
258                 }
259         }
260         return (0);
261 }
262
263 /*
264  * pmap_pte_quick:
265  *
266  *      Super fast pmap_pte routine best used when scanning the pv lists.
267  *      This eliminates many course-grained invltlb calls.  Note that many of
268  *      the pv list scans are across different pmaps and it is very wasteful
269  *      to do an entire invltlb when checking a single mapping.
270  *
271  *      Should only be called while in a critical section.
272  */
273 static unsigned * 
274 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
275 {
276         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
277         unsigned pde, newpf;
278
279         if ((pde = (unsigned) pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT]) != 0) {
280                 unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
281                 unsigned index = i386_btop(va);
282                 /* are we current address space or kernel? */
283                 if ((pmap == kernel_pmap) ||
284                         (frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME))) {
285                         return (unsigned *) PTmap + index;
286                 }
287                 newpf = pde & PG_FRAME;
288                 if ( ((* (unsigned *) gd->gd_PMAP1) & PG_FRAME) != newpf) {
289                         * (unsigned *) gd->gd_PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V;
290                         cpu_invlpg(gd->gd_PADDR1);
291                 }
292                 return gd->gd_PADDR1 + ((unsigned) index & (NPTEPG - 1));
293         }
294         return (0);
295 }
296
297
298 /*
299  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
300  *
301  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
302  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
303  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
304  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
305  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
306  *      (physical) address starting relative to 0]
307  */
308 void
309 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr, vm_paddr_t loadaddr)
310 {
311         vm_offset_t va;
312         pt_entry_t *pte;
313         struct mdglobaldata *gd;
314         int i;
315         int pg;
316
317         avail_start = firstaddr;
318
319         /*
320          * XXX The calculation of virtual_avail is wrong. It's NKPT*PAGE_SIZE too
321          * large. It should instead be correctly calculated in locore.s and
322          * not based on 'first' (which is a physical address, not a virtual
323          * address, for the start of unused physical memory). The kernel
324          * page tables are NOT double mapped and thus should not be included
325          * in this calculation.
326          */
327         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + firstaddr;
328         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
329
330         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
331
332         /*
333          * Initialize protection array.
334          */
335         i386_protection_init();
336
337         /*
338          * The kernel's pmap is statically allocated so we don't have to use
339          * pmap_create, which is unlikely to work correctly at this part of
340          * the boot sequence (XXX and which no longer exists).
341          */
342         kernel_pmap = &kernel_pmap_store;
343
344         kernel_pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)(KERNBASE + (u_int)IdlePTD);
345         kernel_pmap->pm_count = 1;
346         kernel_pmap->pm_active = (cpumask_t)-1; /* don't allow deactivation */
347         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvlist);
348         nkpt = NKPT;
349
350         /*
351          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
352          * mapping of pages.
353          */
354 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
355         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
356
357         va = virtual_avail;
358         pte = (pt_entry_t *) pmap_pte(kernel_pmap, va);
359
360         /*
361          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
362          */
363         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
364
365         /*
366          * Crashdump maps.
367          */
368         SYSMAP(caddr_t, pt_crashdumpmap, crashdumpmap, MAXDUMPPGS);
369
370         /*
371          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via
372          * /dev/mem.
373          */
374         SYSMAP(caddr_t, ptmmap, ptvmmap, 1)
375
376         /*
377          * msgbufp is used to map the system message buffer.
378          * XXX msgbufmap is not used.
379          */
380         SYSMAP(struct msgbuf *, msgbufmap, msgbufp,
381                atop(round_page(MSGBUF_SIZE)))
382
383         virtual_avail = va;
384
385         *(int *) CMAP1 = 0;
386         for (i = 0; i < NKPT; i++)
387                 PTD[i] = 0;
388
389         /*
390          * PG_G is terribly broken on SMP because we IPI invltlb's in some
391          * cases rather then invl1pg.  Actually, I don't even know why it
392          * works under UP because self-referential page table mappings
393          */
394 #ifdef SMP
395         pgeflag = 0;
396 #else
397         if (cpu_feature & CPUID_PGE)
398                 pgeflag = PG_G;
399 #endif
400         
401 /*
402  * Initialize the 4MB page size flag
403  */
404         pseflag = 0;
405 /*
406  * The 4MB page version of the initial
407  * kernel page mapping.
408  */
409         pdir4mb = 0;
410
411 #if !defined(DISABLE_PSE)
412         if (cpu_feature & CPUID_PSE) {
413                 unsigned ptditmp;
414                 /*
415                  * Note that we have enabled PSE mode
416                  */
417                 pseflag = PG_PS;
418                 ptditmp = *((unsigned *)PTmap + i386_btop(KERNBASE));
419                 ptditmp &= ~(NBPDR - 1);
420                 ptditmp |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U | pgeflag;
421                 pdir4mb = ptditmp;
422
423 #ifndef SMP
424                 /*
425                  * Enable the PSE mode.  If we are SMP we can't do this
426                  * now because the APs will not be able to use it when
427                  * they boot up.
428                  */
429                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
430
431                 /*
432                  * We can do the mapping here for the single processor
433                  * case.  We simply ignore the old page table page from
434                  * now on.
435                  */
436                 /*
437                  * For SMP, we still need 4K pages to bootstrap APs,
438                  * PSE will be enabled as soon as all APs are up.
439                  */
440                 PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
441                 kernel_pmap->pm_pdir[KPTDI] = (pd_entry_t)ptditmp;
442                 cpu_invltlb();
443 #endif
444         }
445 #endif
446 #ifdef SMP
447         if (cpu_apic_address == 0)
448                 panic("pmap_bootstrap: no local apic!");
449
450         /* local apic is mapped on last page */
451         SMPpt[NPTEPG - 1] = (pt_entry_t)(PG_V | PG_RW | PG_N | pgeflag |
452             (cpu_apic_address & PG_FRAME));
453 #endif
454
455         /*
456          * We need to finish setting up the globaldata page for the BSP.
457          * locore has already populated the page table for the mdglobaldata
458          * portion.
459          */
460         pg = MDGLOBALDATA_BASEALLOC_PAGES;
461         gd = &CPU_prvspace[0].mdglobaldata;
462         gd->gd_CMAP1 = &SMPpt[pg + 0];
463         gd->gd_CMAP2 = &SMPpt[pg + 1];
464         gd->gd_CMAP3 = &SMPpt[pg + 2];
465         gd->gd_PMAP1 = &SMPpt[pg + 3];
466         gd->gd_CADDR1 = CPU_prvspace[0].CPAGE1;
467         gd->gd_CADDR2 = CPU_prvspace[0].CPAGE2;
468         gd->gd_CADDR3 = CPU_prvspace[0].CPAGE3;
469         gd->gd_PADDR1 = (unsigned *)CPU_prvspace[0].PPAGE1;
470
471         cpu_invltlb();
472 }
473
474 #ifdef SMP
475 /*
476  * Set 4mb pdir for mp startup
477  */
478 void
479 pmap_set_opt(void)
480 {
481         if (pseflag && (cpu_feature & CPUID_PSE)) {
482                 load_cr4(rcr4() | CR4_PSE);
483                 if (pdir4mb && mycpu->gd_cpuid == 0) {  /* only on BSP */
484                         kernel_pmap->pm_pdir[KPTDI] =
485                             PTD[KPTDI] = (pd_entry_t)pdir4mb;
486                         cpu_invltlb();
487                 }
488         }
489 }
490 #endif
491
492 /*
493  *      Initialize the pmap module.
494  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
495  *      system needs to map virtual memory.
496  *      pmap_init has been enhanced to support in a fairly consistant
497  *      way, discontiguous physical memory.
498  */
499 void
500 pmap_init(void)
501 {
502         int i;
503         int initial_pvs;
504
505         /*
506          * object for kernel page table pages
507          */
508         kptobj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT, NKPDE);
509
510         /*
511          * Allocate memory for random pmap data structures.  Includes the
512          * pv_head_table.
513          */
514
515         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
516                 vm_page_t m;
517
518                 m = &vm_page_array[i];
519                 TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
520                 m->md.pv_list_count = 0;
521         }
522
523         /*
524          * init the pv free list
525          */
526         initial_pvs = vm_page_array_size;
527         if (initial_pvs < MINPV)
528                 initial_pvs = MINPV;
529         pvzone = &pvzone_store;
530         pvinit = (struct pv_entry *) kmem_alloc(kernel_map,
531                 initial_pvs * sizeof (struct pv_entry));
532         zbootinit(pvzone, "PV ENTRY", sizeof (struct pv_entry), pvinit,
533             vm_page_array_size);
534
535         /*
536          * Now it is safe to enable pv_table recording.
537          */
538         pmap_initialized = TRUE;
539 }
540
541 /*
542  * Initialize the address space (zone) for the pv_entries.  Set a
543  * high water mark so that the system can recover from excessive
544  * numbers of pv entries.
545  */
546 void
547 pmap_init2(void)
548 {
549         int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
550
551         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
552         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_page_array_size;
553         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
554         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
555         zinitna(pvzone, &pvzone_obj, NULL, 0, pv_entry_max, ZONE_INTERRUPT, 1);
556 }
557
558
559 /***************************************************
560  * Low level helper routines.....
561  ***************************************************/
562
563 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
564
565 /*
566  * This code checks for non-writeable/modified pages.
567  * This should be an invalid condition.
568  */
569 static int
570 pmap_nw_modified(pt_entry_t ptea)
571 {
572         int pte;
573
574         pte = (int) ptea;
575
576         if ((pte & (PG_M|PG_RW)) == PG_M)
577                 return 1;
578         else
579                 return 0;
580 }
581 #endif
582
583
584 /*
585  * this routine defines the region(s) of memory that should
586  * not be tested for the modified bit.
587  */
588 static PMAP_INLINE int
589 pmap_track_modified(vm_offset_t va)
590 {
591         if ((va < clean_sva) || (va >= clean_eva)) 
592                 return 1;
593         else
594                 return 0;
595 }
596
597 static unsigned *
598 get_ptbase(pmap_t pmap)
599 {
600         unsigned frame = (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME;
601         struct globaldata *gd = mycpu;
602
603         /* are we current address space or kernel? */
604         if (pmap == kernel_pmap || frame == (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
605                 return (unsigned *) PTmap;
606         }
607
608         /* otherwise, we are alternate address space */
609         KKASSERT(gd->gd_intr_nesting_level == 0 && (gd->gd_curthread->td_flags & TDF_INTTHREAD) == 0);
610
611         if (frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
612                 APTDpde = (pd_entry_t)(frame | PG_RW | PG_V);
613                 /* The page directory is not shared between CPUs */
614                 cpu_invltlb();
615         }
616         return (unsigned *) APTmap;
617 }
618
619 /*
620  * pmap_extract:
621  *
622  *      Extract the physical page address associated with the map/VA pair.
623  *
624  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
625  *      not kernel_pmap.
626  */
627 vm_paddr_t 
628 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
629 {
630         vm_offset_t rtval;
631         vm_offset_t pdirindex;
632
633         pdirindex = va >> PDRSHIFT;
634         if (pmap && (rtval = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex])) {
635                 unsigned *pte;
636                 if ((rtval & PG_PS) != 0) {
637                         rtval &= ~(NBPDR - 1);
638                         rtval |= va & (NBPDR - 1);
639                         return rtval;
640                 }
641                 pte = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
642                 rtval = ((*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
643                 return rtval;
644         }
645         return 0;
646 }
647
648 /*
649  * Extract user accessible page only, return NULL if the page is not
650  * present or if it's current state is not sufficient.  Caller will
651  * generally call vm_fault() on failure and try again.
652  */
653 vm_page_t
654 pmap_extract_vmpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int prot)
655 {
656         vm_offset_t rtval;
657         vm_offset_t pdirindex;
658
659         pdirindex = va >> PDRSHIFT;
660         if (pmap && (rtval = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex])) {
661                 unsigned *pte;
662                 vm_page_t m;
663
664                 if ((rtval & PG_PS) != 0) {
665                         if ((rtval & (PG_V|PG_U)) != (PG_V|PG_U))
666                                 return (NULL);
667                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) && (rtval & PG_RW) == 0)
668                                 return (NULL);
669                         rtval &= ~(NBPDR - 1);
670                         rtval |= va & (NBPDR - 1);
671                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(rtval);
672                 } else {
673                         pte = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
674                         if ((*pte & (PG_V|PG_U)) != (PG_V|PG_U))
675                                 return (NULL);
676                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) && (*pte & PG_RW) == 0)
677                                 return (NULL);
678                         rtval = ((*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
679                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(rtval);
680                 }
681                 return(m);
682         }
683         return (NULL);
684 }
685
686 /***************************************************
687  * Low level mapping routines.....
688  ***************************************************/
689
690 /*
691  * Routine: pmap_kenter
692  * Function:
693  *      Add a wired page to the KVA
694  *      NOTE! note that in order for the mapping to take effect -- you
695  *      should do an invltlb after doing the pmap_kenter().
696  */
697 void 
698 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
699 {
700         unsigned *pte;
701         unsigned npte;
702         pmap_inval_info info;
703
704         pmap_inval_init(&info);
705         pmap_inval_add(&info, kernel_pmap, va);
706         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
707         pte = (unsigned *)vtopte(va);
708         *pte = npte;
709         pmap_inval_flush(&info);
710 }
711
712 /*
713  * Routine: pmap_kenter_quick
714  * Function:
715  *      Similar to pmap_kenter(), except we only invalidate the
716  *      mapping on the current CPU.
717  */
718 void
719 pmap_kenter_quick(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
720 {
721         unsigned *pte;
722         unsigned npte;
723
724         npte = pa | PG_RW | PG_V | pgeflag;
725         pte = (unsigned *)vtopte(va);
726         *pte = npte;
727         cpu_invlpg((void *)va);
728 }
729
730 void
731 pmap_kenter_sync(vm_offset_t va)
732 {
733         pmap_inval_info info;
734
735         pmap_inval_init(&info);
736         pmap_inval_add(&info, kernel_pmap, va);
737         pmap_inval_flush(&info);
738 }
739
740 void
741 pmap_kenter_sync_quick(vm_offset_t va)
742 {
743         cpu_invlpg((void *)va);
744 }
745
746 /*
747  * remove a page from the kernel pagetables
748  */
749 void
750 pmap_kremove(vm_offset_t va)
751 {
752         unsigned *pte;
753         pmap_inval_info info;
754
755         pmap_inval_init(&info);
756         pmap_inval_add(&info, kernel_pmap, va);
757         pte = (unsigned *)vtopte(va);
758         *pte = 0;
759         pmap_inval_flush(&info);
760 }
761
762 void
763 pmap_kremove_quick(vm_offset_t va)
764 {
765         unsigned *pte;
766         pte = (unsigned *)vtopte(va);
767         *pte = 0;
768         cpu_invlpg((void *)va);
769 }
770
771 /*
772  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
773  *      virtual address space.
774  *
775  *      For now, VM is already on, we only need to map the
776  *      specified memory.
777  */
778 vm_offset_t
779 pmap_map(vm_offset_t virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
780 {
781         while (start < end) {
782                 pmap_kenter(virt, start);
783                 virt += PAGE_SIZE;
784                 start += PAGE_SIZE;
785         }
786         return (virt);
787 }
788
789
790 /*
791  * Add a list of wired pages to the kva
792  * this routine is only used for temporary
793  * kernel mappings that do not need to have
794  * page modification or references recorded.
795  * Note that old mappings are simply written
796  * over.  The page *must* be wired.
797  */
798 void
799 pmap_qenter(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count)
800 {
801         vm_offset_t end_va;
802
803         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
804                 
805         while (va < end_va) {
806                 unsigned *pte;
807
808                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
809                 *pte = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_RW | PG_V | pgeflag;
810                 cpu_invlpg((void *)va);
811                 va += PAGE_SIZE;
812                 m++;
813         }
814 #ifdef SMP
815         smp_invltlb();  /* XXX */
816 #endif
817 }
818
819 void
820 pmap_qenter2(vm_offset_t va, vm_page_t *m, int count, cpumask_t *mask)
821 {
822         vm_offset_t end_va;
823         cpumask_t cmask = mycpu->gd_cpumask;
824
825         end_va = va + count * PAGE_SIZE;
826
827         while (va < end_va) {
828                 unsigned *pte;
829                 unsigned pteval;
830
831                 /*
832                  * Install the new PTE.  If the pte changed from the prior
833                  * mapping we must reset the cpu mask and invalidate the page.
834                  * If the pte is the same but we have not seen it on the
835                  * current cpu, invlpg the existing mapping.  Otherwise the
836                  * entry is optimal and no invalidation is required.
837                  */
838                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
839                 pteval = VM_PAGE_TO_PHYS(*m) | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag;
840                 if (*pte != pteval) {
841                         *mask = 0;
842                         *pte = pteval;
843                         cpu_invlpg((void *)va);
844                 } else if ((*mask & cmask) == 0) {
845                         cpu_invlpg((void *)va);
846                 }
847                 va += PAGE_SIZE;
848                 m++;
849         }
850         *mask |= cmask;
851 }
852
853 /*
854  * this routine jerks page mappings from the
855  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
856  */
857 void
858 pmap_qremove(vm_offset_t va, int count)
859 {
860         vm_offset_t end_va;
861
862         end_va = va + count*PAGE_SIZE;
863
864         while (va < end_va) {
865                 unsigned *pte;
866
867                 pte = (unsigned *)vtopte(va);
868                 *pte = 0;
869                 cpu_invlpg((void *)va);
870                 va += PAGE_SIZE;
871         }
872 #ifdef SMP
873         smp_invltlb();
874 #endif
875 }
876
877 /*
878  * This routine works like vm_page_lookup() but also blocks as long as the
879  * page is busy.  This routine does not busy the page it returns.
880  *
881  * Unless the caller is managing objects whos pages are in a known state,
882  * the call should be made with a critical section held so the page's object
883  * association remains valid on return.
884  */
885 static vm_page_t
886 pmap_page_lookup(vm_object_t object, vm_pindex_t pindex)
887 {
888         vm_page_t m;
889
890 retry:
891         m = vm_page_lookup(object, pindex);
892         if (m && vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pplookp"))
893                 goto retry;
894         return(m);
895 }
896
897 /*
898  * Create a new thread and optionally associate it with a (new) process.
899  * NOTE! the new thread's cpu may not equal the current cpu.
900  */
901 void
902 pmap_init_thread(thread_t td)
903 {
904         /* enforce pcb placement */
905         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack + td->td_kstack_size) - 1;
906         td->td_savefpu = &td->td_pcb->pcb_save;
907         td->td_sp = (char *)td->td_pcb - 16;
908 }
909
910 /*
911  * Create the UPAGES for a new process.
912  * This routine directly affects the fork perf for a process.
913  */
914 void
915 pmap_init_proc(struct proc *p, struct thread *td)
916 {
917         p->p_addr = (void *)td->td_kstack;
918         p->p_thread = td;
919         td->td_proc = p;
920         td->td_lwp = &p->p_lwp;
921         td->td_switch = cpu_heavy_switch;
922 #ifdef SMP
923         KKASSERT(td->td_mpcount == 1);
924 #endif
925         bzero(p->p_addr, sizeof(*p->p_addr));
926 }
927
928 /*
929  * Dispose the UPAGES for a process that has exited.
930  * This routine directly impacts the exit perf of a process.
931  */
932 struct thread *
933 pmap_dispose_proc(struct proc *p)
934 {
935         struct thread *td;
936
937         KASSERT(p->p_lock == 0, ("attempt to dispose referenced proc! %p", p));
938
939         if ((td = p->p_thread) != NULL) {
940             p->p_thread = NULL;
941             td->td_proc = NULL;
942         }
943         p->p_addr = NULL;
944         return(td);
945 }
946
947 /***************************************************
948  * Page table page management routines.....
949  ***************************************************/
950
951 /*
952  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
953  * drops to zero, then it decrements the wire count.
954  */
955 static int 
956 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info) 
957 {
958         pmap_inval_flush(info);
959         while (vm_page_sleep_busy(m, FALSE, "pmuwpt"))
960                 ;
961
962         if (m->hold_count == 0) {
963                 /*
964                  * unmap the page table page
965                  */
966                 pmap_inval_add(info, pmap, -1);
967                 pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
968                 --pmap->pm_stats.resident_count;
969
970                 if (pmap->pm_ptphint == m)
971                         pmap->pm_ptphint = NULL;
972
973                 /*
974                  * If the page is finally unwired, simply free it.
975                  */
976                 --m->wire_count;
977                 if (m->wire_count == 0) {
978                         vm_page_flash(m);
979                         vm_page_busy(m);
980                         vm_page_free_zero(m);
981                         --vmstats.v_wire_count;
982                 }
983                 return 1;
984         }
985         return 0;
986 }
987
988 static PMAP_INLINE int
989 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, pmap_inval_info_t info)
990 {
991         vm_page_unhold(m);
992         if (m->hold_count == 0)
993                 return _pmap_unwire_pte_hold(pmap, m, info);
994         else
995                 return 0;
996 }
997
998 /*
999  * After removing a page table entry, this routine is used to
1000  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1001  */
1002 static int
1003 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
1004                 pmap_inval_info_t info)
1005 {
1006         unsigned ptepindex;
1007         if (va >= UPT_MIN_ADDRESS)
1008                 return 0;
1009
1010         if (mpte == NULL) {
1011                 ptepindex = (va >> PDRSHIFT);
1012                 if (pmap->pm_ptphint &&
1013                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1014                         mpte = pmap->pm_ptphint;
1015                 } else {
1016                         pmap_inval_flush(info);
1017                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1018                         pmap->pm_ptphint = mpte;
1019                 }
1020         }
1021
1022         return pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, info);
1023 }
1024
1025 /*
1026  * Initialize pmap0/vmspace0 - the kernel pmap.  This pmap is not added
1027  * to pmap_list because it, and IdlePTD, represents the template used
1028  * to update all other pmaps.
1029  */
1030 void
1031 pmap_pinit0(struct pmap *pmap)
1032 {
1033         pmap->pm_pdir =
1034                 (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(kernel_map, PAGE_SIZE);
1035         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, (vm_offset_t) IdlePTD);
1036         pmap->pm_count = 1;
1037         pmap->pm_active = 0;
1038         pmap->pm_ptphint = NULL;
1039         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1040         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1041 }
1042
1043 /*
1044  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1045  * such as one in a vmspace structure.
1046  */
1047 void
1048 pmap_pinit(struct pmap *pmap)
1049 {
1050         vm_page_t ptdpg;
1051
1052         /*
1053          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1054          * page directory table.
1055          */
1056         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1057                 pmap->pm_pdir =
1058                         (pd_entry_t *)kmem_alloc_pageable(kernel_map, PAGE_SIZE);
1059         }
1060
1061         /*
1062          * allocate object for the ptes
1063          */
1064         if (pmap->pm_pteobj == NULL)
1065                 pmap->pm_pteobj = vm_object_allocate( OBJT_DEFAULT, PTDPTDI + 1);
1066
1067         /*
1068          * allocate the page directory page
1069          */
1070         ptdpg = vm_page_grab( pmap->pm_pteobj, PTDPTDI,
1071                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_RETRY);
1072
1073         ptdpg->wire_count = 1;
1074         ++vmstats.v_wire_count;
1075
1076
1077         vm_page_flag_clear(ptdpg, PG_MAPPED | PG_BUSY); /* not usually mapped*/
1078         ptdpg->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1079
1080         pmap_kenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg));
1081         if ((ptdpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1082                 bzero(pmap->pm_pdir, PAGE_SIZE);
1083
1084         pmap->pm_pdir[MPPTDI] = PTD[MPPTDI];
1085
1086         /* install self-referential address mapping entry */
1087         *(unsigned *) (pmap->pm_pdir + PTDPTDI) =
1088                 VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1089
1090         pmap->pm_count = 1;
1091         pmap->pm_active = 0;
1092         pmap->pm_ptphint = NULL;
1093         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvlist);
1094         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1095 }
1096
1097 /*
1098  * Wire in kernel global address entries.  To avoid a race condition
1099  * between pmap initialization and pmap_growkernel, this procedure
1100  * adds the pmap to the master list (which growkernel scans to update),
1101  * then copies the template.
1102  */
1103 void
1104 pmap_pinit2(struct pmap *pmap)
1105 {
1106         crit_enter();
1107         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1108         /* XXX copies current process, does not fill in MPPTDI */
1109         bcopy(PTD + KPTDI, pmap->pm_pdir + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1110         crit_exit();
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Attempt to release and free and vm_page in a pmap.  Returns 1 on success,
1115  * 0 on failure (if the procedure had to sleep).
1116  */
1117 static int
1118 pmap_release_free_page(struct pmap *pmap, vm_page_t p)
1119 {
1120         unsigned *pde = (unsigned *) pmap->pm_pdir;
1121         /*
1122          * This code optimizes the case of freeing non-busy
1123          * page-table pages.  Those pages are zero now, and
1124          * might as well be placed directly into the zero queue.
1125          */
1126         if (vm_page_sleep_busy(p, FALSE, "pmaprl"))
1127                 return 0;
1128
1129         vm_page_busy(p);
1130
1131         /*
1132          * Remove the page table page from the processes address space.
1133          */
1134         pde[p->pindex] = 0;
1135         pmap->pm_stats.resident_count--;
1136
1137         if (p->hold_count)  {
1138                 panic("pmap_release: freeing held page table page");
1139         }
1140         /*
1141          * Page directory pages need to have the kernel
1142          * stuff cleared, so they can go into the zero queue also.
1143          */
1144         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1145                 bzero(pde + KPTDI, nkpt * PTESIZE);
1146                 pde[MPPTDI] = 0;
1147                 pde[APTDPTDI] = 0;
1148                 pmap_kremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir);
1149         }
1150
1151         if (pmap->pm_ptphint && (pmap->pm_ptphint->pindex == p->pindex))
1152                 pmap->pm_ptphint = NULL;
1153
1154         p->wire_count--;
1155         vmstats.v_wire_count--;
1156         vm_page_free_zero(p);
1157         return 1;
1158 }
1159
1160 /*
1161  * this routine is called if the page table page is not
1162  * mapped correctly.
1163  */
1164 static vm_page_t
1165 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, unsigned ptepindex)
1166 {
1167         vm_offset_t pteva, ptepa;
1168         vm_page_t m;
1169
1170         /*
1171          * Find or fabricate a new pagetable page
1172          */
1173         m = vm_page_grab(pmap->pm_pteobj, ptepindex,
1174                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_RETRY);
1175
1176         KASSERT(m->queue == PQ_NONE,
1177                 ("_pmap_allocpte: %p->queue != PQ_NONE", m));
1178
1179         if (m->wire_count == 0)
1180                 vmstats.v_wire_count++;
1181         m->wire_count++;
1182
1183         /*
1184          * Increment the hold count for the page table page
1185          * (denoting a new mapping.)
1186          */
1187         m->hold_count++;
1188
1189         /*
1190          * Map the pagetable page into the process address space, if
1191          * it isn't already there.
1192          */
1193
1194         pmap->pm_stats.resident_count++;
1195
1196         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1197         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
1198                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1199
1200         /*
1201          * Set the page table hint
1202          */
1203         pmap->pm_ptphint = m;
1204
1205         /*
1206          * Try to use the new mapping, but if we cannot, then
1207          * do it with the routine that maps the page explicitly.
1208          */
1209         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0) {
1210                 if ((((unsigned)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME) ==
1211                         (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
1212                         pteva = UPT_MIN_ADDRESS + i386_ptob(ptepindex);
1213                         bzero((caddr_t) pteva, PAGE_SIZE);
1214                 } else {
1215                         pmap_zero_page(ptepa);
1216                 }
1217         }
1218
1219         m->valid = VM_PAGE_BITS_ALL;
1220         vm_page_flag_clear(m, PG_ZERO);
1221         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
1222         vm_page_wakeup(m);
1223
1224         return m;
1225 }
1226
1227 static vm_page_t
1228 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1229 {
1230         unsigned ptepindex;
1231         vm_offset_t ptepa;
1232         vm_page_t m;
1233
1234         /*
1235          * Calculate pagetable page index
1236          */
1237         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
1238
1239         /*
1240          * Get the page directory entry
1241          */
1242         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
1243
1244         /*
1245          * This supports switching from a 4MB page to a
1246          * normal 4K page.
1247          */
1248         if (ptepa & PG_PS) {
1249                 pmap->pm_pdir[ptepindex] = 0;
1250                 ptepa = 0;
1251                 cpu_invltlb();
1252                 smp_invltlb();
1253         }
1254
1255         /*
1256          * If the page table page is mapped, we just increment the
1257          * hold count, and activate it.
1258          */
1259         if (ptepa) {
1260                 /*
1261                  * In order to get the page table page, try the
1262                  * hint first.
1263                  */
1264                 if (pmap->pm_ptphint &&
1265                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
1266                         m = pmap->pm_ptphint;
1267                 } else {
1268                         m = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
1269                         pmap->pm_ptphint = m;
1270                 }
1271                 m->hold_count++;
1272                 return m;
1273         }
1274         /*
1275          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1276          */
1277         return _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
1278 }
1279
1280
1281 /***************************************************
1282  * Pmap allocation/deallocation routines.
1283  ***************************************************/
1284
1285 /*
1286  * Release any resources held by the given physical map.
1287  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1288  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1289  */
1290 static int pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data);
1291
1292 void
1293 pmap_release(struct pmap *pmap)
1294 {
1295         vm_object_t object = pmap->pm_pteobj;
1296         struct rb_vm_page_scan_info info;
1297
1298 #if defined(DIAGNOSTIC)
1299         if (object->ref_count != 1)
1300                 panic("pmap_release: pteobj reference count != 1");
1301 #endif
1302         
1303         info.pmap = pmap;
1304         info.object = object;
1305         crit_enter();
1306         TAILQ_REMOVE(&pmap_list, pmap, pm_pmnode);
1307         crit_exit();
1308
1309         do {
1310                 crit_enter();
1311                 info.error = 0;
1312                 info.mpte = NULL;
1313                 info.limit = object->generation;
1314
1315                 vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, NULL, 
1316                                         pmap_release_callback, &info);
1317                 if (info.error == 0 && info.mpte) {
1318                         if (!pmap_release_free_page(pmap, info.mpte))
1319                                 info.error = 1;
1320                 }
1321                 crit_exit();
1322         } while (info.error);
1323 }
1324
1325 static int
1326 pmap_release_callback(struct vm_page *p, void *data)
1327 {
1328         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
1329
1330         if (p->pindex == PTDPTDI) {
1331                 info->mpte = p;
1332                 return(0);
1333         }
1334         if (!pmap_release_free_page(info->pmap, p)) {
1335                 info->error = 1;
1336                 return(-1);
1337         }
1338         if (info->object->generation != info->limit) {
1339                 info->error = 1;
1340                 return(-1);
1341         }
1342         return(0);
1343 }
1344 \f
1345 static int
1346 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1347 {
1348         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
1349
1350         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1351 }
1352 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1353     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
1354
1355 static int
1356 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1357 {
1358         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1359
1360         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1361 }
1362 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
1363     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
1364
1365 /*
1366  * Grow the number of kernel page table entries, if needed.
1367  */
1368
1369 void
1370 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1371 {
1372         struct pmap *pmap;
1373         vm_offset_t ptppaddr;
1374         vm_page_t nkpg;
1375         pd_entry_t newpdir;
1376
1377         crit_enter();
1378         if (kernel_vm_end == 0) {
1379                 kernel_vm_end = KERNBASE;
1380                 nkpt = 0;
1381                 while (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1382                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1383                         nkpt++;
1384                 }
1385         }
1386         addr = (addr + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1387         while (kernel_vm_end < addr) {
1388                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
1389                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1390                         continue;
1391                 }
1392
1393                 /*
1394                  * This index is bogus, but out of the way
1395                  */
1396                 nkpg = vm_page_alloc(kptobj, nkpt, 
1397                         VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_INTERRUPT);
1398                 if (nkpg == NULL)
1399                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1400
1401                 vm_page_wire(nkpg);
1402                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1403                 pmap_zero_page(ptppaddr);
1404                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
1405                 pdir_pde(PTD, kernel_vm_end) = newpdir;
1406                 *pmap_pde(kernel_pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1407                 nkpt++;
1408
1409                 /*
1410                  * This update must be interlocked with pmap_pinit2.
1411                  */
1412                 TAILQ_FOREACH(pmap, &pmap_list, pm_pmnode) {
1413                         *pmap_pde(pmap, kernel_vm_end) = newpdir;
1414                 }
1415                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + PAGE_SIZE * NPTEPG) &
1416                                 ~(PAGE_SIZE * NPTEPG - 1);
1417         }
1418         crit_exit();
1419 }
1420
1421 /*
1422  *      Retire the given physical map from service.
1423  *      Should only be called if the map contains
1424  *      no valid mappings.
1425  */
1426 void
1427 pmap_destroy(pmap_t pmap)
1428 {
1429         int count;
1430
1431         if (pmap == NULL)
1432                 return;
1433
1434         count = --pmap->pm_count;
1435         if (count == 0) {
1436                 pmap_release(pmap);
1437                 panic("destroying a pmap is not yet implemented");
1438         }
1439 }
1440
1441 /*
1442  *      Add a reference to the specified pmap.
1443  */
1444 void
1445 pmap_reference(pmap_t pmap)
1446 {
1447         if (pmap != NULL) {
1448                 pmap->pm_count++;
1449         }
1450 }
1451
1452 /***************************************************
1453 * page management routines.
1454  ***************************************************/
1455
1456 /*
1457  * free the pv_entry back to the free list.  This function may be
1458  * called from an interrupt.
1459  */
1460 static PMAP_INLINE void
1461 free_pv_entry(pv_entry_t pv)
1462 {
1463         pv_entry_count--;
1464         zfree(pvzone, pv);
1465 }
1466
1467 /*
1468  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
1469  * when needed.  This function may be called from an interrupt.
1470  */
1471 static pv_entry_t
1472 get_pv_entry(void)
1473 {
1474         pv_entry_count++;
1475         if (pv_entry_high_water &&
1476                 (pv_entry_count > pv_entry_high_water) &&
1477                 (pmap_pagedaemon_waken == 0)) {
1478                 pmap_pagedaemon_waken = 1;
1479                 wakeup (&vm_pages_needed);
1480         }
1481         return zalloc(pvzone);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * This routine is very drastic, but can save the system
1486  * in a pinch.
1487  */
1488 void
1489 pmap_collect(void)
1490 {
1491         int i;
1492         vm_page_t m;
1493         static int warningdone=0;
1494
1495         if (pmap_pagedaemon_waken == 0)
1496                 return;
1497
1498         if (warningdone < 5) {
1499                 printf("pmap_collect: collecting pv entries -- suggest increasing PMAP_SHPGPERPROC\n");
1500                 warningdone++;
1501         }
1502
1503         for(i = 0; i < vm_page_array_size; i++) {
1504                 m = &vm_page_array[i];
1505                 if (m->wire_count || m->hold_count || m->busy ||
1506                     (m->flags & PG_BUSY))
1507                         continue;
1508                 pmap_remove_all(m);
1509         }
1510         pmap_pagedaemon_waken = 0;
1511 }
1512         
1513
1514 /*
1515  * If it is the first entry on the list, it is actually
1516  * in the header and we must copy the following entry up
1517  * to the header.  Otherwise we must search the list for
1518  * the entry.  In either case we free the now unused entry.
1519  */
1520 static int
1521 pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m, 
1522                         vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1523 {
1524         pv_entry_t pv;
1525         int rtval;
1526
1527         crit_enter();
1528         if (m->md.pv_list_count < pmap->pm_stats.resident_count) {
1529                 TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
1530                         if (pmap == pv->pv_pmap && va == pv->pv_va) 
1531                                 break;
1532                 }
1533         } else {
1534                 TAILQ_FOREACH(pv, &pmap->pm_pvlist, pv_plist) {
1535                         if (va == pv->pv_va) 
1536                                 break;
1537                 }
1538         }
1539
1540         rtval = 0;
1541         if (pv) {
1542                 rtval = pmap_unuse_pt(pmap, va, pv->pv_ptem, info);
1543                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1544                 m->md.pv_list_count--;
1545                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
1546                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1547                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1548                 free_pv_entry(pv);
1549         }
1550         crit_exit();
1551         return rtval;
1552 }
1553
1554 /*
1555  * Create a pv entry for page at pa for
1556  * (pmap, va).
1557  */
1558 static void
1559 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte, vm_page_t m)
1560 {
1561         pv_entry_t pv;
1562
1563         crit_enter();
1564         pv = get_pv_entry();
1565         pv->pv_va = va;
1566         pv->pv_pmap = pmap;
1567         pv->pv_ptem = mpte;
1568
1569         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1570         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1571         m->md.pv_list_count++;
1572
1573         crit_exit();
1574 }
1575
1576 /*
1577  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
1578  */
1579 static int
1580 pmap_remove_pte(struct pmap *pmap, unsigned *ptq, vm_offset_t va,
1581         pmap_inval_info_t info)
1582 {
1583         unsigned oldpte;
1584         vm_page_t m;
1585
1586         pmap_inval_add(info, pmap, va);
1587         oldpte = loadandclear(ptq);
1588         if (oldpte & PG_W)
1589                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
1590         /*
1591          * Machines that don't support invlpg, also don't support
1592          * PG_G.  XXX PG_G is disabled for SMP so don't worry about
1593          * the SMP case.
1594          */
1595         if (oldpte & PG_G)
1596                 cpu_invlpg((void *)va);
1597         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
1598         if (oldpte & PG_MANAGED) {
1599                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte);
1600                 if (oldpte & PG_M) {
1601 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1602                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) oldpte)) {
1603                                 printf(
1604         "pmap_remove: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1605                                     va, oldpte);
1606                         }
1607 #endif
1608                         if (pmap_track_modified(va))
1609                                 vm_page_dirty(m);
1610                 }
1611                 if (oldpte & PG_A)
1612                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1613                 return pmap_remove_entry(pmap, m, va, info);
1614         } else {
1615                 return pmap_unuse_pt(pmap, va, NULL, info);
1616         }
1617
1618         return 0;
1619 }
1620
1621 /*
1622  * pmap_remove_page:
1623  *
1624  *      Remove a single page from a process address space.
1625  *
1626  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1627  *      not kernel_pmap.
1628  */
1629 static void
1630 pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va, pmap_inval_info_t info)
1631 {
1632         unsigned *ptq;
1633
1634         /*
1635          * if there is no pte for this address, just skip it!!!  Otherwise
1636          * get a local va for mappings for this pmap and remove the entry.
1637          */
1638         if (*pmap_pde(pmap, va) != 0) {
1639                 ptq = get_ptbase(pmap) + i386_btop(va);
1640                 if (*ptq) {
1641                         pmap_remove_pte(pmap, ptq, va, info);
1642                 }
1643         }
1644 }
1645
1646 /*
1647  * pmap_remove:
1648  *
1649  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
1650  *
1651  *      It is assumed that the start and end are properly
1652  *      rounded to the page size.
1653  *
1654  *      This function may not be called from an interrupt if the pmap is
1655  *      not kernel_pmap.
1656  */
1657 void
1658 pmap_remove(struct pmap *pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1659 {
1660         unsigned *ptbase;
1661         vm_offset_t pdnxt;
1662         vm_offset_t ptpaddr;
1663         vm_offset_t sindex, eindex;
1664         struct pmap_inval_info info;
1665
1666         if (pmap == NULL)
1667                 return;
1668
1669         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1670                 return;
1671
1672         pmap_inval_init(&info);
1673
1674         /*
1675          * special handling of removing one page.  a very
1676          * common operation and easy to short circuit some
1677          * code.
1678          */
1679         if (((sva + PAGE_SIZE) == eva) && 
1680                 (((unsigned) pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
1681                 pmap_remove_page(pmap, sva, &info);
1682                 pmap_inval_flush(&info);
1683                 return;
1684         }
1685
1686         /*
1687          * Get a local virtual address for the mappings that are being
1688          * worked with.
1689          */
1690         ptbase = get_ptbase(pmap);
1691
1692         sindex = i386_btop(sva);
1693         eindex = i386_btop(eva);
1694
1695         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1696                 unsigned pdirindex;
1697
1698                 /*
1699                  * Calculate index for next page table.
1700                  */
1701                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1702                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
1703                         break;
1704
1705                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1706                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1707                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1708                         pmap->pm_pdir[pdirindex] = 0;
1709                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1710                         continue;
1711                 }
1712
1713                 /*
1714                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1715                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1716                  */
1717                 if (ptpaddr == 0)
1718                         continue;
1719
1720                 /*
1721                  * Limit our scan to either the end of the va represented
1722                  * by the current page table page, or to the end of the
1723                  * range being removed.
1724                  */
1725                 if (pdnxt > eindex) {
1726                         pdnxt = eindex;
1727                 }
1728
1729                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1730                         vm_offset_t va;
1731                         if (ptbase[sindex] == 0)
1732                                 continue;
1733                         va = i386_ptob(sindex);
1734                         if (pmap_remove_pte(pmap, ptbase + sindex, va, &info))
1735                                 break;
1736                 }
1737         }
1738         pmap_inval_flush(&info);
1739 }
1740
1741 /*
1742  * pmap_remove_all:
1743  *
1744  *      Removes this physical page from all physical maps in which it resides.
1745  *      Reflects back modify bits to the pager.
1746  *
1747  *      This routine may not be called from an interrupt.
1748  */
1749
1750 static void
1751 pmap_remove_all(vm_page_t m)
1752 {
1753         struct pmap_inval_info info;
1754         unsigned *pte, tpte;
1755         pv_entry_t pv;
1756
1757 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1758         /*
1759          * XXX this makes pmap_page_protect(NONE) illegal for non-managed
1760          * pages!
1761          */
1762         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS)) {
1763                 panic("pmap_page_protect: illegal for unmanaged page, va: 0x%08llx", (long long)VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1764         }
1765 #endif
1766
1767         pmap_inval_init(&info);
1768         crit_enter();
1769         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
1770                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
1771
1772                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1773                 pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
1774
1775                 tpte = loadandclear(pte);
1776                 if (tpte & PG_W)
1777                         pv->pv_pmap->pm_stats.wired_count--;
1778
1779                 if (tpte & PG_A)
1780                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1781
1782                 /*
1783                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
1784                  */
1785                 if (tpte & PG_M) {
1786 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1787                         if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) tpte)) {
1788                                 printf(
1789         "pmap_remove_all: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1790                                     pv->pv_va, tpte);
1791                         }
1792 #endif
1793                         if (pmap_track_modified(pv->pv_va))
1794                                 vm_page_dirty(m);
1795                 }
1796                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
1797                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
1798                 m->md.pv_list_count--;
1799                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
1800                 free_pv_entry(pv);
1801         }
1802
1803         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
1804         crit_exit();
1805         pmap_inval_flush(&info);
1806 }
1807
1808 /*
1809  * pmap_protect:
1810  *
1811  *      Set the physical protection on the specified range of this map
1812  *      as requested.
1813  *
1814  *      This function may not be called from an interrupt if the map is
1815  *      not the kernel_pmap.
1816  */
1817 void
1818 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
1819 {
1820         unsigned *ptbase;
1821         vm_offset_t pdnxt, ptpaddr;
1822         vm_pindex_t sindex, eindex;
1823         pmap_inval_info info;
1824
1825         if (pmap == NULL)
1826                 return;
1827
1828         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
1829                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
1830                 return;
1831         }
1832
1833         if (prot & VM_PROT_WRITE)
1834                 return;
1835
1836         pmap_inval_init(&info);
1837
1838         ptbase = get_ptbase(pmap);
1839
1840         sindex = i386_btop(sva);
1841         eindex = i386_btop(eva);
1842
1843         for (; sindex < eindex; sindex = pdnxt) {
1844
1845                 unsigned pdirindex;
1846
1847                 pdnxt = ((sindex + NPTEPG) & ~(NPTEPG - 1));
1848
1849                 pdirindex = sindex / NPDEPG;
1850                 if (((ptpaddr = (unsigned) pmap->pm_pdir[pdirindex]) & PG_PS) != 0) {
1851                         pmap_inval_add(&info, pmap, -1);
1852                         pmap->pm_pdir[pdirindex] &= ~(PG_M|PG_RW);
1853                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
1854                         continue;
1855                 }
1856
1857                 /*
1858                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
1859                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
1860                  */
1861                 if (ptpaddr == 0)
1862                         continue;
1863
1864                 if (pdnxt > eindex) {
1865                         pdnxt = eindex;
1866                 }
1867
1868                 for (; sindex != pdnxt; sindex++) {
1869
1870                         unsigned pbits;
1871                         vm_page_t m;
1872
1873                         /* XXX this isn't optimal */
1874                         pmap_inval_add(&info, pmap, i386_ptob(sindex));
1875                         pbits = ptbase[sindex];
1876
1877                         if (pbits & PG_MANAGED) {
1878                                 m = NULL;
1879                                 if (pbits & PG_A) {
1880                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1881                                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
1882                                         pbits &= ~PG_A;
1883                                 }
1884                                 if (pbits & PG_M) {
1885                                         if (pmap_track_modified(i386_ptob(sindex))) {
1886                                                 if (m == NULL)
1887                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits);
1888                                                 vm_page_dirty(m);
1889                                                 pbits &= ~PG_M;
1890                                         }
1891                                 }
1892                         }
1893
1894                         pbits &= ~PG_RW;
1895
1896                         if (pbits != ptbase[sindex]) {
1897                                 ptbase[sindex] = pbits;
1898                         }
1899                 }
1900         }
1901         pmap_inval_flush(&info);
1902 }
1903
1904 /*
1905  *      Insert the given physical page (p) at
1906  *      the specified virtual address (v) in the
1907  *      target physical map with the protection requested.
1908  *
1909  *      If specified, the page will be wired down, meaning
1910  *      that the related pte can not be reclaimed.
1911  *
1912  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
1913  *      or lose information.  That is, this routine must actually
1914  *      insert this page into the given map NOW.
1915  */
1916 void
1917 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
1918            boolean_t wired)
1919 {
1920         vm_paddr_t pa;
1921         unsigned *pte;
1922         vm_paddr_t opa;
1923         vm_offset_t origpte, newpte;
1924         vm_page_t mpte;
1925         pmap_inval_info info;
1926
1927         if (pmap == NULL)
1928                 return;
1929
1930         va &= PG_FRAME;
1931 #ifdef PMAP_DIAGNOSTIC
1932         if (va > VM_MAX_KERNEL_ADDRESS)
1933                 panic("pmap_enter: toobig");
1934         if ((va >= UPT_MIN_ADDRESS) && (va < UPT_MAX_ADDRESS))
1935                 panic("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)", va);
1936 #endif
1937
1938         mpte = NULL;
1939         /*
1940          * In the case that a page table page is not
1941          * resident, we are creating it here.
1942          */
1943         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
1944                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va);
1945         }
1946
1947         pmap_inval_init(&info);
1948         pte = pmap_pte(pmap, va);
1949
1950         /*
1951          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
1952          */
1953         if (pte == NULL) {
1954                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%x, va=0x%x\n",
1955                      (unsigned) pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
1956         }
1957
1958         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PG_FRAME;
1959         pmap_inval_add(&info, pmap, va); /* XXX non-optimal */
1960         origpte = *(vm_offset_t *)pte;
1961         opa = origpte & PG_FRAME;
1962
1963         if (origpte & PG_PS)
1964                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 4MB page");
1965
1966         /*
1967          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
1968          */
1969         if (origpte && (opa == pa)) {
1970                 /*
1971                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
1972                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
1973                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
1974                  * the PT page will be also.
1975                  */
1976                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
1977                         pmap->pm_stats.wired_count++;
1978                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
1979                         pmap->pm_stats.wired_count--;
1980
1981 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
1982                 if (pmap_nw_modified((pt_entry_t) origpte)) {
1983                         printf(
1984         "pmap_enter: modified page not writable: va: 0x%x, pte: 0x%x\n",
1985                             va, origpte);
1986                 }
1987 #endif
1988
1989                 /*
1990                  * Remove the extra pte reference.  Note that we cannot
1991                  * optimize the RO->RW case because we have adjusted the
1992                  * wiring count above and may need to adjust the wiring
1993                  * bits below.
1994                  */
1995                 if (mpte)
1996                         mpte->hold_count--;
1997
1998                 /*
1999                  * We might be turning off write access to the page,
2000                  * so we go ahead and sense modify status.
2001                  */
2002                 if (origpte & PG_MANAGED) {
2003                         if ((origpte & PG_M) && pmap_track_modified(va)) {
2004                                 vm_page_t om;
2005                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2006                                 vm_page_dirty(om);
2007                         }
2008                         pa |= PG_MANAGED;
2009                 }
2010                 goto validate;
2011         } 
2012         /*
2013          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
2014          * handle validating new mapping.
2015          */
2016         if (opa) {
2017                 int err;
2018                 err = pmap_remove_pte(pmap, pte, va, &info);
2019                 if (err)
2020                         panic("pmap_enter: pte vanished, va: 0x%x", va);
2021         }
2022
2023         /*
2024          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2025          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2026          * called at interrupt time.
2027          */
2028         if (pmap_initialized && 
2029             (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0) {
2030                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2031                 pa |= PG_MANAGED;
2032         }
2033
2034         /*
2035          * Increment counters
2036          */
2037         pmap->pm_stats.resident_count++;
2038         if (wired)
2039                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2040
2041 validate:
2042         /*
2043          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
2044          */
2045         newpte = (vm_offset_t) (pa | pte_prot(pmap, prot) | PG_V);
2046
2047         if (wired)
2048                 newpte |= PG_W;
2049         if (va < UPT_MIN_ADDRESS)
2050                 newpte |= PG_U;
2051         if (pmap == kernel_pmap)
2052                 newpte |= pgeflag;
2053
2054         /*
2055          * if the mapping or permission bits are different, we need
2056          * to update the pte.
2057          */
2058         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
2059                 *pte = newpte | PG_A;
2060         }
2061         pmap_inval_flush(&info);
2062 }
2063
2064 /*
2065  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
2066  * 1. Current pmap & pmap exists.
2067  * 2. Not wired.
2068  * 3. Read access.
2069  * 4. No page table pages.
2070  * 5. Tlbflush is deferred to calling procedure.
2071  * 6. Page IS managed.
2072  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
2073  */
2074
2075 static vm_page_t
2076 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_page_t mpte)
2077 {
2078         unsigned *pte;
2079         vm_paddr_t pa;
2080         pmap_inval_info info;
2081
2082         pmap_inval_init(&info);
2083
2084         /*
2085          * In the case that a page table page is not
2086          * resident, we are creating it here.
2087          */
2088         if (va < UPT_MIN_ADDRESS) {
2089                 unsigned ptepindex;
2090                 vm_offset_t ptepa;
2091
2092                 /*
2093                  * Calculate pagetable page index
2094                  */
2095                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2096                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
2097                         mpte->hold_count++;
2098                 } else {
2099 retry:
2100                         /*
2101                          * Get the page directory entry
2102                          */
2103                         ptepa = (vm_offset_t) pmap->pm_pdir[ptepindex];
2104
2105                         /*
2106                          * If the page table page is mapped, we just increment
2107                          * the hold count, and activate it.
2108                          */
2109                         if (ptepa) {
2110                                 if (ptepa & PG_PS)
2111                                         panic("pmap_enter_quick: unexpected mapping into 4MB page");
2112                                 if (pmap->pm_ptphint &&
2113                                         (pmap->pm_ptphint->pindex == ptepindex)) {
2114                                         mpte = pmap->pm_ptphint;
2115                                 } else {
2116                                         mpte = pmap_page_lookup( pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2117                                         pmap->pm_ptphint = mpte;
2118                                 }
2119                                 if (mpte == NULL)
2120                                         goto retry;
2121                                 mpte->hold_count++;
2122                         } else {
2123                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex);
2124                         }
2125                 }
2126         } else {
2127                 mpte = NULL;
2128         }
2129
2130         /*
2131          * This call to vtopte makes the assumption that we are
2132          * entering the page into the current pmap.  In order to support
2133          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte_quick.
2134          * But that isn't as quick as vtopte.
2135          */
2136         pte = (unsigned *)vtopte(va);
2137         if (*pte) {
2138                 if (mpte)
2139                         pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, &info);
2140                 return 0;
2141         }
2142
2143         /*
2144          * Enter on the PV list if part of our managed memory. Note that we
2145          * raise IPL while manipulating pv_table since pmap_enter can be
2146          * called at interrupt time.
2147          */
2148         if ((m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED)) == 0)
2149                 pmap_insert_entry(pmap, va, mpte, m);
2150
2151         /*
2152          * Increment counters
2153          */
2154         pmap->pm_stats.resident_count++;
2155
2156         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2157
2158         /*
2159          * Now validate mapping with RO protection
2160          */
2161         if (m->flags & (PG_FICTITIOUS|PG_UNMANAGED))
2162                 *pte = pa | PG_V | PG_U;
2163         else
2164                 *pte = pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED;
2165
2166         return mpte;
2167 }
2168
2169 /*
2170  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
2171  * to be used for panic dumps.
2172  */
2173 void *
2174 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
2175 {
2176         pmap_kenter((vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE), pa);
2177         return ((void *)crashdumpmap);
2178 }
2179
2180 #define MAX_INIT_PT (96)
2181
2182 /*
2183  * This routine preloads the ptes for a given object into the specified pmap.
2184  * This eliminates the blast of soft faults on process startup and
2185  * immediately after an mmap.
2186  */
2187 static int pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data);
2188
2189 void
2190 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_prot_t prot,
2191                     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, 
2192                     vm_size_t size, int limit)
2193 {
2194         struct rb_vm_page_scan_info info;
2195         int psize;
2196
2197         /*
2198          * We can't preinit if read access isn't set or there is no pmap
2199          * or object.
2200          */
2201         if ((prot & VM_PROT_READ) == 0 || pmap == NULL || object == NULL)
2202                 return;
2203
2204         /*
2205          * We can't preinit if the pmap is not the current pmap
2206          */
2207         if (curproc == NULL || pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2208                 return;
2209
2210         psize = i386_btop(size);
2211
2212         if ((object->type != OBJT_VNODE) ||
2213                 ((limit & MAP_PREFAULT_PARTIAL) && (psize > MAX_INIT_PT) &&
2214                         (object->resident_page_count > MAX_INIT_PT))) {
2215                 return;
2216         }
2217
2218         if (psize + pindex > object->size) {
2219                 if (object->size < pindex)
2220                         return;           
2221                 psize = object->size - pindex;
2222         }
2223
2224         if (psize == 0)
2225                 return;
2226
2227         /*
2228          * Use a red-black scan to traverse the requested range and load
2229          * any valid pages found into the pmap.
2230          *
2231          * We cannot safely scan the object's memq unless we are in a
2232          * critical section since interrupts can remove pages from objects.
2233          */
2234         info.start_pindex = pindex;
2235         info.end_pindex = pindex + psize - 1;
2236         info.limit = limit;
2237         info.mpte = NULL;
2238         info.addr = addr;
2239         info.pmap = pmap;
2240
2241         crit_enter();
2242         vm_page_rb_tree_RB_SCAN(&object->rb_memq, rb_vm_page_scancmp,
2243                                 pmap_object_init_pt_callback, &info);
2244         crit_exit();
2245 }
2246
2247 static
2248 int
2249 pmap_object_init_pt_callback(vm_page_t p, void *data)
2250 {
2251         struct rb_vm_page_scan_info *info = data;
2252         vm_pindex_t rel_index;
2253         /*
2254          * don't allow an madvise to blow away our really
2255          * free pages allocating pv entries.
2256          */
2257         if ((info->limit & MAP_PREFAULT_MADVISE) &&
2258                 vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved) {
2259                     return(-1);
2260         }
2261         if (((p->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2262             (p->busy == 0) && (p->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2263                 if ((p->queue - p->pc) == PQ_CACHE)
2264                         vm_page_deactivate(p);
2265                 vm_page_busy(p);
2266                 rel_index = p->pindex - info->start_pindex;
2267                 info->mpte = pmap_enter_quick(info->pmap,
2268                                               info->addr + i386_ptob(rel_index),
2269                                               p, info->mpte);
2270                 vm_page_flag_set(p, PG_MAPPED);
2271                 vm_page_wakeup(p);
2272         }
2273         return(0);
2274 }
2275
2276 /*
2277  * pmap_prefault provides a quick way of clustering pagefaults into a
2278  * processes address space.  It is a "cousin" of pmap_object_init_pt, 
2279  * except it runs at page fault time instead of mmap time.
2280  */
2281 #define PFBAK 4
2282 #define PFFOR 4
2283 #define PAGEORDER_SIZE (PFBAK+PFFOR)
2284
2285 static int pmap_prefault_pageorder[] = {
2286         -PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
2287         -2 * PAGE_SIZE, 2 * PAGE_SIZE,
2288         -3 * PAGE_SIZE, 3 * PAGE_SIZE,
2289         -4 * PAGE_SIZE, 4 * PAGE_SIZE
2290 };
2291
2292 void
2293 pmap_prefault(pmap_t pmap, vm_offset_t addra, vm_map_entry_t entry)
2294 {
2295         int i;
2296         vm_offset_t starta;
2297         vm_offset_t addr;
2298         vm_pindex_t pindex;
2299         vm_page_t m, mpte;
2300         vm_object_t object;
2301
2302         /*
2303          * We do not currently prefault mappings that use virtual page
2304          * tables.  We do not prefault foreign pmaps.
2305          */
2306         if (entry->maptype == VM_MAPTYPE_VPAGETABLE)
2307                 return;
2308         if (curproc == NULL || (pmap != vmspace_pmap(curproc->p_vmspace)))
2309                 return;
2310
2311         object = entry->object.vm_object;
2312
2313         starta = addra - PFBAK * PAGE_SIZE;
2314         if (starta < entry->start)
2315                 starta = entry->start;
2316         else if (starta > addra)
2317                 starta = 0;
2318
2319         /*
2320          * critical section protection is required to maintain the 
2321          * page/object association, interrupts can free pages and remove 
2322          * them from their objects.
2323          */
2324         mpte = NULL;
2325         crit_enter();
2326         for (i = 0; i < PAGEORDER_SIZE; i++) {
2327                 vm_object_t lobject;
2328                 unsigned *pte;
2329
2330                 addr = addra + pmap_prefault_pageorder[i];
2331                 if (addr > addra + (PFFOR * PAGE_SIZE))
2332                         addr = 0;
2333
2334                 if (addr < starta || addr >= entry->end)
2335                         continue;
2336
2337                 if ((*pmap_pde(pmap, addr)) == NULL) 
2338                         continue;
2339
2340                 pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2341                 if (*pte)
2342                         continue;
2343
2344                 pindex = ((addr - entry->start) + entry->offset) >> PAGE_SHIFT;
2345                 lobject = object;
2346
2347                 for (m = vm_page_lookup(lobject, pindex);
2348                     (!m && (lobject->type == OBJT_DEFAULT) &&
2349                      (lobject->backing_object));
2350                     lobject = lobject->backing_object
2351                 ) {
2352                         if (lobject->backing_object_offset & PAGE_MASK)
2353                                 break;
2354                         pindex += (lobject->backing_object_offset >> PAGE_SHIFT);
2355                         m = vm_page_lookup(lobject->backing_object, pindex);
2356                 }
2357
2358                 /*
2359                  * give-up when a page is not in memory
2360                  */
2361                 if (m == NULL)
2362                         break;
2363
2364                 if (((m->valid & VM_PAGE_BITS_ALL) == VM_PAGE_BITS_ALL) &&
2365                         (m->busy == 0) &&
2366                     (m->flags & (PG_BUSY | PG_FICTITIOUS)) == 0) {
2367
2368                         if ((m->queue - m->pc) == PQ_CACHE) {
2369                                 vm_page_deactivate(m);
2370                         }
2371                         vm_page_busy(m);
2372                         mpte = pmap_enter_quick(pmap, addr, m, mpte);
2373                         vm_page_flag_set(m, PG_MAPPED);
2374                         vm_page_wakeup(m);
2375                 }
2376         }
2377         crit_exit();
2378 }
2379
2380 /*
2381  *      Routine:        pmap_change_wiring
2382  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
2383  *                      pair.
2384  *      In/out conditions:
2385  *                      The mapping must already exist in the pmap.
2386  */
2387 void
2388 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
2389 {
2390         unsigned *pte;
2391
2392         if (pmap == NULL)
2393                 return;
2394
2395         pte = pmap_pte(pmap, va);
2396
2397         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
2398                 pmap->pm_stats.wired_count++;
2399         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
2400                 pmap->pm_stats.wired_count--;
2401
2402         /*
2403          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
2404          * invalidate TLB.  However, in an SMP environment we must use
2405          * a locked bus cycle to update the pte (if we are not using 
2406          * the pmap_inval_*() API that is)... it's ok to do this for simple
2407          * wiring changes.
2408          */
2409 #ifdef SMP
2410         if (wired)
2411                 atomic_set_int(pte, PG_W);
2412         else
2413                 atomic_clear_int(pte, PG_W);
2414 #else
2415         if (wired)
2416                 atomic_set_int_nonlocked(pte, PG_W);
2417         else
2418                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_W);
2419 #endif
2420 }
2421
2422
2423
2424 /*
2425  *      Copy the range specified by src_addr/len
2426  *      from the source map to the range dst_addr/len
2427  *      in the destination map.
2428  *
2429  *      This routine is only advisory and need not do anything.
2430  */
2431 void
2432 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, 
2433         vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
2434 {
2435         pmap_inval_info info;
2436         vm_offset_t addr;
2437         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
2438         vm_offset_t pdnxt;
2439         unsigned src_frame, dst_frame;
2440         vm_page_t m;
2441
2442         if (dst_addr != src_addr)
2443                 return;
2444
2445         src_frame = ((unsigned) src_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2446         if (src_frame != (((unsigned) PTDpde) & PG_FRAME)) {
2447                 return;
2448         }
2449
2450         dst_frame = ((unsigned) dst_pmap->pm_pdir[PTDPTDI]) & PG_FRAME;
2451         if (dst_frame != (((unsigned) APTDpde) & PG_FRAME)) {
2452                 APTDpde = (pd_entry_t) (dst_frame | PG_RW | PG_V);
2453                 /* The page directory is not shared between CPUs */
2454                 cpu_invltlb();
2455         }
2456         pmap_inval_init(&info);
2457         pmap_inval_add(&info, dst_pmap, -1);
2458         pmap_inval_add(&info, src_pmap, -1);
2459
2460         /*
2461          * critical section protection is required to maintain the page/object
2462          * association, interrupts can free pages and remove them from 
2463          * their objects.
2464          */
2465         crit_enter();
2466         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
2467                 unsigned *src_pte, *dst_pte;
2468                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
2469                 vm_offset_t srcptepaddr;
2470                 unsigned ptepindex;
2471
2472                 if (addr >= UPT_MIN_ADDRESS)
2473                         panic("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables\n");
2474
2475                 /*
2476                  * Don't let optional prefaulting of pages make us go
2477                  * way below the low water mark of free pages or way
2478                  * above high water mark of used pv entries.
2479                  */
2480                 if (vmstats.v_free_count < vmstats.v_free_reserved ||
2481                     pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2482                         break;
2483                 
2484                 pdnxt = ((addr + PAGE_SIZE*NPTEPG) & ~(PAGE_SIZE*NPTEPG - 1));
2485                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
2486
2487                 srcptepaddr = (vm_offset_t) src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
2488                 if (srcptepaddr == 0)
2489                         continue;
2490                         
2491                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
2492                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0) {
2493                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = (pd_entry_t) srcptepaddr;
2494                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
2495                         }
2496                         continue;
2497                 }
2498
2499                 srcmpte = vm_page_lookup(src_pmap->pm_pteobj, ptepindex);
2500                 if ((srcmpte == NULL) ||
2501                         (srcmpte->hold_count == 0) || (srcmpte->flags & PG_BUSY))
2502                         continue;
2503
2504                 if (pdnxt > end_addr)
2505                         pdnxt = end_addr;
2506
2507                 src_pte = (unsigned *) vtopte(addr);
2508                 dst_pte = (unsigned *) avtopte(addr);
2509                 while (addr < pdnxt) {
2510                         unsigned ptetemp;
2511                         ptetemp = *src_pte;
2512                         /*
2513                          * we only virtual copy managed pages
2514                          */
2515                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
2516                                 /*
2517                                  * We have to check after allocpte for the
2518                                  * pte still being around...  allocpte can
2519                                  * block.
2520                                  */
2521                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr);
2522                                 if ((*dst_pte == 0) && (ptetemp = *src_pte)) {
2523                                         /*
2524                                          * Clear the modified and
2525                                          * accessed (referenced) bits
2526                                          * during the copy.
2527                                          */
2528                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp);
2529                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_M | PG_A);
2530                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
2531                                         pmap_insert_entry(dst_pmap, addr,
2532                                                 dstmpte, m);
2533                                 } else {
2534                                         pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap, dstmpte, &info);
2535                                 }
2536                                 if (dstmpte->hold_count >= srcmpte->hold_count)
2537                                         break;
2538                         }
2539                         addr += PAGE_SIZE;
2540                         src_pte++;
2541                         dst_pte++;
2542                 }
2543         }
2544         crit_exit();
2545         pmap_inval_flush(&info);
2546 }       
2547
2548 /*
2549  *      Routine:        pmap_kernel
2550  *      Function:
2551  *              Returns the physical map handle for the kernel.
2552  */
2553 pmap_t
2554 pmap_kernel(void)
2555 {
2556         return (kernel_pmap);
2557 }
2558
2559 /*
2560  * pmap_zero_page:
2561  *
2562  *      Zero the specified PA by mapping the page into KVM and clearing its
2563  *      contents.
2564  *
2565  *      This function may be called from an interrupt and no locking is
2566  *      required.
2567  */
2568 void
2569 pmap_zero_page(vm_paddr_t phys)
2570 {
2571         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2572
2573         crit_enter();
2574         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2575                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2576         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2577                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2578         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2579
2580 #if defined(I686_CPU)
2581         if (cpu_class == CPUCLASS_686)
2582                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2583         else
2584 #endif
2585                 bzero(gd->gd_CADDR3, PAGE_SIZE);
2586         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2587         crit_exit();
2588 }
2589
2590 /*
2591  * pmap_page_assertzero:
2592  *
2593  *      Assert that a page is empty, panic if it isn't.
2594  */
2595 void
2596 pmap_page_assertzero(vm_paddr_t phys)
2597 {
2598         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2599         int i;
2600
2601         crit_enter();
2602         if (*(int *)gd->gd_CMAP3)
2603                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2604         *(int *)gd->gd_CMAP3 =
2605                     PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2606         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2607         for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i += 4) {
2608             if (*(int *)((char *)gd->gd_CADDR3 + i) != 0) {
2609                 panic("pmap_page_assertzero() @ %p not zero!\n",
2610                     (void *)gd->gd_CADDR3);
2611             }
2612         }
2613         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2614         crit_exit();
2615 }
2616
2617 /*
2618  * pmap_zero_page:
2619  *
2620  *      Zero part of a physical page by mapping it into memory and clearing
2621  *      its contents with bzero.
2622  *
2623  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
2624  */
2625 void
2626 pmap_zero_page_area(vm_paddr_t phys, int off, int size)
2627 {
2628         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2629
2630         crit_enter();
2631         if (*(int *) gd->gd_CMAP3)
2632                 panic("pmap_zero_page: CMAP3 busy");
2633         *(int *) gd->gd_CMAP3 = PG_V | PG_RW | (phys & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2634         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR3);
2635
2636 #if defined(I686_CPU)
2637         if (cpu_class == CPUCLASS_686 && off == 0 && size == PAGE_SIZE)
2638                 i686_pagezero(gd->gd_CADDR3);
2639         else
2640 #endif
2641                 bzero((char *)gd->gd_CADDR3 + off, size);
2642         *(int *) gd->gd_CMAP3 = 0;
2643         crit_exit();
2644 }
2645
2646 /*
2647  * pmap_copy_page:
2648  *
2649  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2650  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2651  *      is required.
2652  */
2653 void
2654 pmap_copy_page(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst)
2655 {
2656         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2657
2658         crit_enter();
2659         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2660                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2661         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2662                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2663
2664         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2665         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2666
2667         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2668         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2669
2670         bcopy(gd->gd_CADDR1, gd->gd_CADDR2, PAGE_SIZE);
2671
2672         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2673         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2674         crit_exit();
2675 }
2676
2677 /*
2678  * pmap_copy_page_frag:
2679  *
2680  *      Copy the physical page from the source PA to the target PA.
2681  *      This function may be called from an interrupt.  No locking
2682  *      is required.
2683  */
2684 void
2685 pmap_copy_page_frag(vm_paddr_t src, vm_paddr_t dst, size_t bytes)
2686 {
2687         struct mdglobaldata *gd = mdcpu;
2688
2689         crit_enter();
2690         if (*(int *) gd->gd_CMAP1)
2691                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
2692         if (*(int *) gd->gd_CMAP2)
2693                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
2694
2695         *(int *) gd->gd_CMAP1 = PG_V | (src & PG_FRAME) | PG_A;
2696         *(int *) gd->gd_CMAP2 = PG_V | PG_RW | (dst & PG_FRAME) | PG_A | PG_M;
2697
2698         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR1);
2699         cpu_invlpg(gd->gd_CADDR2);
2700
2701         bcopy((char *)gd->gd_CADDR1 + (src & PAGE_MASK),
2702               (char *)gd->gd_CADDR2 + (dst & PAGE_MASK),
2703               bytes);
2704
2705         *(int *) gd->gd_CMAP1 = 0;
2706         *(int *) gd->gd_CMAP2 = 0;
2707         crit_exit();
2708 }
2709
2710 /*
2711  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
2712  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
2713  * be changed upwards or downwards in the future; it
2714  * is only necessary that true be returned for a small
2715  * subset of pmaps for proper page aging.
2716  */
2717 boolean_t
2718 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
2719 {
2720         pv_entry_t pv;
2721         int loops = 0;
2722
2723         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2724                 return FALSE;
2725
2726         crit_enter();
2727
2728         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2729                 if (pv->pv_pmap == pmap) {
2730                         crit_exit();
2731                         return TRUE;
2732                 }
2733                 loops++;
2734                 if (loops >= 16)
2735                         break;
2736         }
2737         crit_exit();
2738         return (FALSE);
2739 }
2740
2741 /*
2742  * Remove all pages from specified address space
2743  * this aids process exit speeds.  Also, this code
2744  * is special cased for current process only, but
2745  * can have the more generic (and slightly slower)
2746  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
2747  * in the case of running down an entire address space.
2748  */
2749 void
2750 pmap_remove_pages(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2751 {
2752         unsigned *pte, tpte;
2753         pv_entry_t pv, npv;
2754         vm_page_t m;
2755         pmap_inval_info info;
2756         int iscurrentpmap;
2757
2758         if (curproc && pmap == vmspace_pmap(curproc->p_vmspace))
2759                 iscurrentpmap = 1;
2760         else
2761                 iscurrentpmap = 0;
2762
2763         pmap_inval_init(&info);
2764         crit_enter();
2765         for (pv = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvlist); pv; pv = npv) {
2766
2767                 if (pv->pv_va >= eva || pv->pv_va < sva) {
2768                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2769                         continue;
2770                 }
2771
2772                 if (iscurrentpmap)
2773                         pte = (unsigned *)vtopte(pv->pv_va);
2774                 else
2775                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2776                 if (pmap->pm_active)
2777                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2778                 tpte = *pte;
2779
2780                 /*
2781                  * We cannot remove wired pages from a process' mapping
2782                  * at this time
2783                  */
2784                 if (tpte & PG_W) {
2785                         npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2786                         continue;
2787                 }
2788                 *pte = 0;
2789
2790                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte);
2791
2792                 KASSERT(m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2793                         ("pmap_remove_pages: bad tpte %x", tpte));
2794
2795                 pv->pv_pmap->pm_stats.resident_count--;
2796
2797                 /*
2798                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2799                  */
2800                 if (tpte & PG_M) {
2801                         vm_page_dirty(m);
2802                 }
2803
2804
2805                 npv = TAILQ_NEXT(pv, pv_plist);
2806                 TAILQ_REMOVE(&pv->pv_pmap->pm_pvlist, pv, pv_plist);
2807
2808                 m->md.pv_list_count--;
2809                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2810                 if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL) {
2811                         vm_page_flag_clear(m, PG_MAPPED | PG_WRITEABLE);
2812                 }
2813
2814                 pmap_unuse_pt(pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_ptem, &info);
2815                 free_pv_entry(pv);
2816         }
2817         pmap_inval_flush(&info);
2818         crit_exit();
2819 }
2820
2821 /*
2822  * pmap_testbit tests bits in pte's
2823  * note that the testbit/changebit routines are inline,
2824  * and a lot of things compile-time evaluate.
2825  */
2826 static boolean_t
2827 pmap_testbit(vm_page_t m, int bit)
2828 {
2829         pv_entry_t pv;
2830         unsigned *pte;
2831
2832         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2833                 return FALSE;
2834
2835         if (TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list) == NULL)
2836                 return FALSE;
2837
2838         crit_enter();
2839
2840         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2841                 /*
2842                  * if the bit being tested is the modified bit, then
2843                  * mark clean_map and ptes as never
2844                  * modified.
2845                  */
2846                 if (bit & (PG_A|PG_M)) {
2847                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2848                                 continue;
2849                 }
2850
2851 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2852                 if (!pv->pv_pmap) {
2853                         printf("Null pmap (tb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2854                         continue;
2855                 }
2856 #endif
2857                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2858                 if (*pte & bit) {
2859                         crit_exit();
2860                         return TRUE;
2861                 }
2862         }
2863         crit_exit();
2864         return (FALSE);
2865 }
2866
2867 /*
2868  * this routine is used to modify bits in ptes
2869  */
2870 static __inline void
2871 pmap_changebit(vm_page_t m, int bit, boolean_t setem)
2872 {
2873         struct pmap_inval_info info;
2874         pv_entry_t pv;
2875         unsigned *pte;
2876
2877         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2878                 return;
2879
2880         pmap_inval_init(&info);
2881         crit_enter();
2882
2883         /*
2884          * Loop over all current mappings setting/clearing as appropos If
2885          * setting RO do we need to clear the VAC?
2886          */
2887         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
2888                 /*
2889                  * don't write protect pager mappings
2890                  */
2891                 if (!setem && (bit == PG_RW)) {
2892                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
2893                                 continue;
2894                 }
2895
2896 #if defined(PMAP_DIAGNOSTIC)
2897                 if (!pv->pv_pmap) {
2898                         printf("Null pmap (cb) at va: 0x%x\n", pv->pv_va);
2899                         continue;
2900                 }
2901 #endif
2902
2903                 /*
2904                  * Careful here.  We can use a locked bus instruction to
2905                  * clear PG_A or PG_M safely but we need to synchronize
2906                  * with the target cpus when we mess with PG_RW.
2907                  */
2908                 pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2909                 if (bit == PG_RW)
2910                         pmap_inval_add(&info, pv->pv_pmap, pv->pv_va);
2911
2912                 if (setem) {
2913 #ifdef SMP
2914                         atomic_set_int(pte, bit);
2915 #else
2916                         atomic_set_int_nonlocked(pte, bit);
2917 #endif
2918                 } else {
2919                         vm_offset_t pbits = *(vm_offset_t *)pte;
2920                         if (pbits & bit) {
2921                                 if (bit == PG_RW) {
2922                                         if (pbits & PG_M) {
2923                                                 vm_page_dirty(m);
2924                                         }
2925 #ifdef SMP
2926                                         atomic_clear_int(pte, PG_M|PG_RW);
2927 #else
2928                                         atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_M|PG_RW);
2929 #endif
2930                                 } else {
2931 #ifdef SMP
2932                                         atomic_clear_int(pte, bit);
2933 #else
2934                                         atomic_clear_int_nonlocked(pte, bit);
2935 #endif
2936                                 }
2937                         }
2938                 }
2939         }
2940         pmap_inval_flush(&info);
2941         crit_exit();
2942 }
2943
2944 /*
2945  *      pmap_page_protect:
2946  *
2947  *      Lower the permission for all mappings to a given page.
2948  */
2949 void
2950 pmap_page_protect(vm_page_t m, vm_prot_t prot)
2951 {
2952         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2953                 if (prot & (VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE)) {
2954                         pmap_changebit(m, PG_RW, FALSE);
2955                 } else {
2956                         pmap_remove_all(m);
2957                 }
2958         }
2959 }
2960
2961 vm_paddr_t
2962 pmap_phys_address(int ppn)
2963 {
2964         return (i386_ptob(ppn));
2965 }
2966
2967 /*
2968  *      pmap_ts_referenced:
2969  *
2970  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
2971  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
2972  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
2973  *      reference bits set.
2974  *
2975  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
2976  *      should be tested and standardized at some point in the future for
2977  *      optimal aging of shared pages.
2978  */
2979 int
2980 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
2981 {
2982         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
2983         unsigned *pte;
2984         int rtval = 0;
2985
2986         if (!pmap_initialized || (m->flags & PG_FICTITIOUS))
2987                 return (rtval);
2988
2989         crit_enter();
2990
2991         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2992
2993                 pvf = pv;
2994
2995                 do {
2996                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
2997
2998                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2999
3000                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3001
3002                         if (!pmap_track_modified(pv->pv_va))
3003                                 continue;
3004
3005                         pte = pmap_pte_quick(pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3006
3007                         if (pte && (*pte & PG_A)) {
3008 #ifdef SMP
3009                                 atomic_clear_int(pte, PG_A);
3010 #else
3011                                 atomic_clear_int_nonlocked(pte, PG_A);
3012 #endif
3013                                 rtval++;
3014                                 if (rtval > 4) {
3015                                         break;
3016                                 }
3017                         }
3018                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
3019         }
3020         crit_exit();
3021
3022         return (rtval);
3023 }
3024
3025 /*
3026  *      pmap_is_modified:
3027  *
3028  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3029  *      in any physical maps.
3030  */
3031 boolean_t
3032 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3033 {
3034         return pmap_testbit(m, PG_M);
3035 }
3036
3037 /*
3038  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
3039  */
3040 void
3041 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
3042 {
3043         pmap_changebit(m, PG_M, FALSE);
3044 }
3045
3046 /*
3047  *      pmap_clear_reference:
3048  *
3049  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
3050  */
3051 void
3052 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
3053 {
3054         pmap_changebit(m, PG_A, FALSE);
3055 }
3056
3057 /*
3058  * Miscellaneous support routines follow
3059  */
3060
3061 static void
3062 i386_protection_init(void)
3063 {
3064         int *kp, prot;
3065
3066         kp = protection_codes;
3067         for (prot = 0; prot < 8; prot++) {
3068                 switch (prot) {
3069                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3070                         /*
3071                          * Read access is also 0. There isn't any execute bit,
3072                          * so just make it readable.
3073                          */
3074                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE:
3075                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3076                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_NONE | VM_PROT_EXECUTE:
3077                         *kp++ = 0;
3078                         break;
3079                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3080                 case VM_PROT_NONE | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3081                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_NONE:
3082                 case VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE:
3083                         *kp++ = PG_RW;
3084                         break;
3085                 }
3086         }
3087 }
3088
3089 /*
3090  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
3091  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
3092  * routine is intended to be used for mapping device memory,
3093  * NOT real memory.
3094  *
3095  * NOTE: we can't use pgeflag unless we invalidate the pages one at
3096  * a time.
3097  */
3098 void *
3099 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
3100 {
3101         vm_offset_t va, tmpva, offset;
3102         unsigned *pte;
3103
3104         offset = pa & PAGE_MASK;
3105         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3106
3107         va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
3108         if (!va)
3109                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
3110
3111         pa = pa & PG_FRAME;
3112         for (tmpva = va; size > 0;) {
3113                 pte = (unsigned *)vtopte(tmpva);
3114                 *pte = pa | PG_RW | PG_V; /* | pgeflag; */
3115                 size -= PAGE_SIZE;
3116                 tmpva += PAGE_SIZE;
3117                 pa += PAGE_SIZE;
3118         }
3119         cpu_invltlb();
3120         smp_invltlb();
3121
3122         return ((void *)(va + offset));
3123 }
3124
3125 void
3126 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
3127 {
3128         vm_offset_t base, offset;
3129
3130         base = va & PG_FRAME;
3131         offset = va & PAGE_MASK;
3132         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
3133         pmap_qremove(va, size >> PAGE_SHIFT);
3134         kmem_free(kernel_map, base, size);
3135 }
3136
3137 /*
3138  * perform the pmap work for mincore
3139  */
3140 int
3141 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3142 {
3143         unsigned *ptep, pte;
3144         vm_page_t m;
3145         int val = 0;
3146         
3147         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
3148         if (ptep == 0) {
3149                 return 0;
3150         }
3151
3152         if ((pte = *ptep) != 0) {
3153                 vm_offset_t pa;
3154
3155                 val = MINCORE_INCORE;
3156                 if ((pte & PG_MANAGED) == 0)
3157                         return val;
3158
3159                 pa = pte & PG_FRAME;
3160
3161                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3162
3163                 /*
3164                  * Modified by us
3165                  */
3166                 if (pte & PG_M)
3167                         val |= MINCORE_MODIFIED|MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3168                 /*
3169                  * Modified by someone
3170                  */
3171                 else if (m->dirty || pmap_is_modified(m))
3172                         val |= MINCORE_MODIFIED_OTHER;
3173                 /*
3174                  * Referenced by us
3175                  */
3176                 if (pte & PG_A)
3177                         val |= MINCORE_REFERENCED|MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3178
3179                 /*
3180                  * Referenced by someone
3181                  */
3182                 else if ((m->flags & PG_REFERENCED) || pmap_ts_referenced(m)) {
3183                         val |= MINCORE_REFERENCED_OTHER;
3184                         vm_page_flag_set(m, PG_REFERENCED);
3185                 }
3186         } 
3187         return val;
3188 }
3189
3190 void
3191 pmap_activate(struct proc *p)
3192 {
3193         pmap_t  pmap;
3194
3195         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3196 #if defined(SMP)
3197         atomic_set_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3198 #else
3199         pmap->pm_active |= 1;
3200 #endif
3201 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
3202         tlb_flush_count++;
3203 #endif
3204         p->p_thread->td_pcb->pcb_cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
3205         load_cr3(p->p_thread->td_pcb->pcb_cr3);
3206 }
3207
3208 void
3209 pmap_deactivate(struct proc *p)
3210 {
3211         pmap_t  pmap;
3212
3213         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
3214 #if defined(SMP)
3215         atomic_clear_int(&pmap->pm_active, 1 << mycpu->gd_cpuid);
3216 #else
3217         pmap->pm_active &= ~1;
3218 #endif
3219         /*
3220          * XXX - note we do not adjust %cr3.  The caller is expected to
3221          * activate a new pmap or do a thread-exit.
3222          */
3223 }
3224
3225 vm_offset_t
3226 pmap_addr_hint(vm_object_t obj, vm_offset_t addr, vm_size_t size)
3227 {
3228
3229         if ((obj == NULL) || (size < NBPDR) || (obj->type != OBJT_DEVICE)) {
3230                 return addr;
3231         }
3232
3233         addr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
3234         return addr;
3235 }
3236
3237
3238 #if defined(DEBUG)
3239
3240 static void     pads (pmap_t pm);
3241 void            pmap_pvdump (vm_paddr_t pa);
3242
3243 /* print address space of pmap*/
3244 static void
3245 pads(pmap_t pm)
3246 {
3247         unsigned va, i, j;
3248         unsigned *ptep;
3249
3250         if (pm == kernel_pmap)
3251                 return;
3252         for (i = 0; i < 1024; i++)
3253                 if (pm->pm_pdir[i])
3254                         for (j = 0; j < 1024; j++) {
3255                                 va = (i << PDRSHIFT) + (j << PAGE_SHIFT);
3256                                 if (pm == kernel_pmap && va < KERNBASE)
3257                                         continue;
3258                                 if (pm != kernel_pmap && va > UPT_MAX_ADDRESS)
3259                                         continue;
3260                                 ptep = pmap_pte_quick(pm, va);
3261                                 if (pmap_pte_v(ptep))
3262                                         printf("%x:%x ", va, *(int *) ptep);
3263                         };
3264
3265 }
3266
3267 void
3268 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
3269 {
3270         pv_entry_t pv;
3271         vm_page_t m;
3272
3273         printf("pa %08llx", (long long)pa);
3274         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3275         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
3276 #ifdef used_to_be
3277                 printf(" -> pmap %p, va %x, flags %x",
3278                     (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va, pv->pv_flags);
3279 #endif
3280                 printf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pv->pv_pmap, pv->pv_va);
3281                 pads(pv->pv_pmap);
3282         }
3283         printf(" ");
3284 }
3285 #endif